光催化还原二氧化碳为碳氢化合物被认为是同时解决环境问题和能源问题的一种很有前景的方法。通过对光催化剂的微观的结构和形貌的调控,可以有效地改善光催化剂的活性以促进光催化还原二氧化碳产生甲烷、一氧化碳、甲醇、甲酸等碳氢化合物燃料。本文对氮化镓(GaN)、镓酸锌(ZnGa204)、钼酸铋(Bi2Mo06)三种光催化剂进行了微观结构和形貌的调控,有效地促进了甲烷的产生。主要研究内容如下:(1)通过氨气氮化氧化镓空心球,得到了双壳层的氮化镓纳米空心球,并用于光催化还原二氧化碳产甲烷。氧化镓中的氧元素临场掺杂了氮化镓纳米空心球,使其带隙降低从而提高了对可见光的利用。其较大的比表面积提供了更多的反应活性位点,而其中空的结构有利于光子在球内部多次散射从而促进光的吸收。通过担载Pt和RuO2作为助催化剂促进了电子和空穴的分离,使得光催化效率获得显著提高。(2)通过水热法合成了双壳层镓酸锌纳米空心球,这种空心结构有利于提高对光的吸收,并分别在不同温度下对其进行了退火处理以提高其结晶性。700 ℃下退火的样品具有最高的光催化剂还原二氧化碳产甲烷的活性。相对于600 ℃退火的样品,700 ℃退火的样品进一步提高了结晶性,减少了电子和空穴的复合中心。800 ℃下退火的样品的活性反而降低了,这是因为锌挥发产生的杂质会作为电子和空穴的复合中心。通过担载Pt和Ru02作为助催化剂,700℃下退火的样品进一步提高了活性,尤其是在共担载的情况下,其效率提高到原来的7倍多。(3)采用油酸钠作为表面活性剂,水热合成了钼酸铋(Bi2Mo06)纳米带相互穿插形成的网络结构。通过晶体生长过程的研究,探究了其可能的形成机制。这种结构表现出比块材和纳米片更好的光催化还原二氧化碳产甲烷的效率。这主要归结为:较高的比表面积、更高的光吸收强度、薄的厚度利于载流子导出、多孔的结构有利于反应物的输运。