近年来,随着经济的迅速发展和自然资源的过度消耗,空气中二氧化碳(CO2)的浓度逐渐增加,导致了温室效应。所产生的环境问题和能源危机已成为所有人类共同关心的焦点问题之一。将CO2高效转化为化学燃料是实现节能和减少CO2排放的有效途径之一。探索新型高效转化CO2技术已成为世界能源环境催化领域的一个重要发展方向。CO2作为一种较为稳定的气体,将其还原一般需要在高温、高压或者利用催化剂等特殊的条件下进行。CO2转化技术发展至今,已经有许多方法被开发用于还原CO2。选择一种耗能较少、操作较为简单且CO2转换效率较高的方法对于CO2转化尤为重要。较为常见的CO2还原方法主要有光还原方法、电还原方法和光电共还原方法。基于半导体的光催化方法由于其经济性、安全性和清洁度是最有前景的方法,其仅需要取之不尽的太阳光作为驱动力以及适合的半导体作为光催化剂来进行催化CO2还原反应。氧化亚铜(Cu2O)是一种在可见光照射下CO2还原为碳氢化合物的催化剂,但是其光生电子-空穴对的快速复合和光腐蚀问题限制了其光催化活性和稳定性,而构建异质结结构能够促进电子和空穴的分离,减少光生电子对于Cu2O的还原作用,提升其活性和稳定性。电还原方法由于其容易控制、高效且还原产物和氧化产物可以分离也受到研究人员的普遍关注,这种方法的关键在于高效率及高选择性地将CO2电还原为化学燃料的催化电极材料研制。金属Cu作为唯一一种可以将CO2电还原转化为烃类的金属而备受关注,而由Cu2O衍生得到的Cu也成为炙手可热的光电极材料。光电还原方法结合了光还原和电还原优点,优于单独的光催化体系和单独的电催化体系。本论文主要从这三种还原CO2的方法入手,选择Cu2O作为研究对象而展开工作,对其进行改性,提升了其催化还原CO2的性能和稳定性。本论文的工作主要包括以下两个方面:1.Cu2O@Cu金属-半导体异质结构用于光催化和光电催化还原CO2的研究采用了简单的湿化学法制备出了 Cu(OH)2纳米线前驱物,在N2气氛下煅烧得到Cu2O,然后将Cu2O表面部分还原为Cu纳米颗粒,形成了 Cu2O@Cu金属-半导体异质结构。Cu2O表面的Cu金属不仅捕获半导体的电荷,而且充当了反应的高活性中心。通过改变还原时间的不同,可以改变表面Cu的多少,通过一系列表征和催化还原CO2性能测试,我们得到了最佳样品Cu2O@Cu-2,相比Cu2O,其催化性能和稳定性都得到了很大的提升,其对CH4和C2H4的量子效率为1.53%,在可见光下经过四次光还原循环后仍保持91%的活性。此外,通过构建光电还原体系,促进光生电子和空穴的分离,利用外部偏压进一步提高了CO2的还原活性。与光催化还原CO2的相比,样品在较低的外部偏压下表现出更好的稳定性和良好的光电化学(PEC)CO2还原活性。2.聚合物修饰的Cu纳米线用于电催化还原CO2的研究分别使用聚吡咯(PPY)和聚苯胺(PAN)修饰Cu(OH)2前驱物,再在N2气氛下煅烧得到具有一维纳米多孔结构的氮掺杂碳(N-doped C)修饰的Cu2O,最后衍生得到Cu@N-doped C电极。我们发现前驱物中加了吡咯和苯胺得到的Cu@N-doped C样品具有一维多孔棒状结构,多孔结构使得样品具有较大的比表面积,能够提供更多的反应活性位点,而且相比于未加吡咯和苯胺修饰的样品表现出更优异的电化学性质并且能够改变CO2电还原的选择性,促进一碳有机产物向两碳有机产物转化。