化石燃料作为一种占主导地位的能源,其消耗量的不断增加带来了巨大的CO2排放,对全球气候产生了巨大影响。同时CO2又是一种重要的碳源,利用清洁的太阳能对CO2还原不仅能缓解温室效应,还能将太阳能转化为化学能进行储存运输。传统的光催化只能利用占太阳光能量5%的紫外光和部分可见光且大部分能量以热能的形式散失。此外电荷复合率高和反应速率低的问题也难以解决。本论文以过渡金属Co和Ni为活性组分,以Al2O3和MgO为载体制备了不同结构的催化剂,通过500 W的Xe灯模拟太阳光来驱动其光致热催化CH4还原CO2（CRM）。制备的催化剂不仅能对整个波段的太阳光进行利用,实现高的H2和CO产率以及太阳能-化学能转化效率,还能降低积碳率,提高催化稳定性。本文的研究结果如下:1.发现Co-Al2O3载体中的O原子能参与碳的氧化,提高催化稳定性。发现新颖的光活化效应不但能提高催化活性,还能明显应抑制CO歧化反应从而降低积碳率:采用水热法合成了Co纳米粒子负载在Co掺杂Al2O3的纳米复合材料（Co/Co-Al2O3）。在聚焦紫外-可见-红外（UV-vis-IR）照射下用CH4光热催化还原CO2,Co/Co-Al2O3表现出较高的太阳能-化学能转化效率（η,27.1%）以及CO(r CO)和H2(r H2)产率(43.46和39.42 mmol min-1g-1)。高的光热催化活性归因于有效的光驱动热催化作用,而新的光活化作用大大增强了活性。发现与Co纳米颗粒负载在Al2O3纳米片（Co/Al2O3）上的对比催化剂相比Co/Co-Al2O3具有良好的光热催化稳定性。稳定性的提高归因于Co/Co-Al2O3中Co-Al2O3中的O原子参与了碳沉积副反应CH*的完全解离和生成的CO歧化所形成的C*物种的氧化,从而大大降低了碳沉积速率。光活化效应由于显著抑制了CO歧化也从而提高了催化稳定性。2.发现具有较高Ni/Co摩尔比的NiCo合金纳米粒子能改变CRM反应途径,降低积碳率:采用简单的方法制备了Ni/Co摩尔比分别为1.86、1.60和0.38的NiCo合金纳米粒子负载在Co掺杂Al2O3的纳米复合材料。通过聚焦UV-vis-IR照射Ni1.60Co/Co-Al2O3光热催化CH4还原CO2可实现非常高的r CO和r H2(70.53和63.46 mmol min-1g-1)以及η（29.7%）。高的催化活性来源于光驱动热催化CRM,此外,在UV-vis-IR和vis-IR照射下,一种新的光活化效应通过降低表观活化能显著提高催化活性。发现Ni/Co摩尔比对催化稳定性具有显著影响。与Ni/Co摩尔比较低的Ni0.38Co/Co-Al2O3以及单金属Ni/Al2O3、Co/Al2O3、Ni/Co-Al2O3和Co/Co-Al2O3催化剂相比,Ni/Co摩尔比较高的Ni1.60Co/Co-Al2O3和Ni1.86Co/Co-Al2O3催化剂碳沉积速率大大降低了。实验证据和DFT计算表明,碳沉积的抑制作用来自以下几个方面:1)与单金属Ni和Co纳米粒子相比,具有较高Ni/Co摩尔比的NiCo合金改变了CRM反应途径,加速了CH*氧化,抑制了CH*分解为碳物种。2)载体Co-Al2O3中的O参与氧化碳物种。3)光活化效应抑制了主要的积碳副反应CO的歧化。3.发现Ni掺杂MgO能活化CO2加速碳的氧化:通过研磨干燥法制备了Ni纳米颗粒负载在Ni掺杂MgO催化剂（Ni/Ni-MgO）。发现Ni/Ni-MgO催化剂在全光谱太阳光驱动下具有非常好的催化CRM活性和稳定性,其r CO和r H2值分别为88.64和78.04 mmol min-1g-1,η高达31.6%。高的催化活性来源于高效的光致热催化以及通过降低表观活化能来增强活性的光活化效应。与共沉淀法制备的Ni/MgO催化剂相比,Ni/Ni-MgO具有更高的抗积碳性能和催化稳定性。优异的抗积碳性能一方面来源于较少的CO歧化反应,同时光活化效应又大大降低了该反应。另一方面CH4裂解为碳物种的速率较慢,可在裂解为最后沉积碳之前充分与CO2反应,同时Ni/Ni-MgO能活化CO2,使CO2可在更低温度氧化CH4裂解产生的碳物种,从而加速碳的氧化,降低积碳率。4.发现NiCo/Ni-Co-MgO催化剂不仅能降低积碳副反应的发生还能活化CO2加速碳的氧化:通过将Ni/Co摩尔比为2的Ni（NO3）2和Co（NO3）2的混合溶液研磨干燥在商品MgO上制备了NiCo合金纳米颗粒负载在Ni、Co共掺杂MgO催化剂（NiCo/Ni-Co-MgO）。发现该催化剂在聚焦UV-vis-IR照射下可实现非常高的CRM催化活性。其r CO和r H2值分别为127.74和107.70 mmol min-1g-1,η高达40.0%。高r CO和r H2值来源于光驱动热催化。此外,光活化效应大大降低了表观活化能,增加了催化活性。与单金属Ni/MgO和Co/MgO催化剂相比,NiCo/Ni-Co-MgO样品上碳沉积速率大大降低。积碳率的降低一方面是由于较高Ni/Co摩尔比的NiCo合金纳米颗粒具有更好的抗积碳效果。另一方面光活化效应抑制了CO歧化反应,此外在NiCo/Ni-Co-MgO上CO2能够在更低的温度氧化CH4裂解产生的碳物种,从而降低积碳率。