基于半导体的光催化CO₂还原技术是缓解目前CO₂超负荷排放引发的温室效应和实现“零碳排放”的潜在策略之一。不过,目前光催化CO₂还原技术尚未实现大规模应用,其主要原因有以下四点:（1）CO₂的化学稳定性使其反应势垒较高(Δf G_o=-396 kJ mol^-1),致使光催化还原效率较低。（2）由于大多半导体的宽禁带导致其光捕获能力有限,光能利用率较低。而且产生的光生电子和空穴容易复合,致使光能转化效率较低。（3）光催化剂表面对CO₂的还原产物吸附较强,不易于反应活性位点的再生,致使光催化效率降低。（4）光催化CO₂还原涉及多电子过程,反应路径多,产物种类复杂,导致产物的选择性无法得到有效控制。针对以上光催化CO₂还原过程中面临的反应势垒高、光能转化效率低、产物脱附不易以及反应路径复杂导致的CO₂还原效率和产物选择性较低等问题,本文主要从反应物吸附活化、能带调控、产物脱附动力学以及反应路径调控等方面设计并构筑了新型光催化体系,有效提高光催化剂的CO₂还原效率和产物选择性,主要包括以下研究内容及结果:（1）首先利用由sp²杂化碳构成的非极性碳量子点,对g-C₃N₄进行表面修饰,提高了对CO₂以及光还原过程中间产物H₂的吸附活化能力,诱导了CO₂与H₂的进一步反应,提高了CO₂转化效率。此外,碳量子点的窄带隙、高效的电子传输性能可显著提高复合材料的光谱利用范围和光生电子空穴的分离效率,进而提高CO₂的光催化还原性能。结果显示,2 wt%的碳量子点掺杂量性能最优,将还原活性相较于未改性的材料提高近6倍,速率提升至60μmol g^-1 h^-1。（2）基于（1）中非极性改性有效增强CO₂吸附活化的研究,合成具有与碳量子点性质相似的碳球,并利用碳球的全光谱吸收能力,进而诱导近红外光产生局部热效应。基于碳球的局部光热效应,设计了一种新型超快速激光热合成策略,能够实现快速升温迅速跨越传统热聚合过程中的熔融阶段,有效改善热聚合中易团聚的现象。研究发现,非极性碳球的掺入,除了增强表面非极性效应显著改善CO₂的吸附活化过程,同时提高了光生电子空穴的分离效率。另一方面,以模拟太阳光强度进行全光谱照射,碳球产生局部光热效应,表面温度控制在89℃左右,实现对还原产物的选择性脱附,进而提高产物选择性和长期高稳定活性。最终,CMS/C₃N₄-PTP反应活性相较于未改性材料提高3倍,并且实现24小时的长期高活性,同时对产物CO的选择性高达94%。（3）基于（2）中利用一定程度的局部光热效应实现产物选择性脱附的研究,构筑增强型高效光热体系并对机理进行深入探究。利用氢化处理诱导产生的本征缺陷引入中间能级,设计了一种全光谱响应的光催化剂,并对氢化前后催化剂的光催化CO₂还原选择性及反应机理进行探究。发现氢化处理后的WO_3-x HMSs光谱利用范围拓展至红外区域,并能有效利用红外光产生局部剧烈热效应。在CO₂光还原过程中,以模拟太阳光照射WO_3-x HMSs产生的局部热效应导致表面温度骤升至170℃,利用热效应诱导活化中间产物H₂和CO发生反应,改变了CO₂光还原的反应动力学及反应路径,实现高附加值烃类产物定向调控,最终还原反应速率提升至190μmol g^-1 h^-1,CH₄的选择性高达92%远优于WO₃ HMSs。