研究表明,MgO能够活化吸附在其表面的CO₂分子,促进HCO₃^–的生成,而在H原子存在的条件下,HCO₃^–为CO₂光催化还原为碳氢化合物和CO的活性中间体.CO₂为对称的直线型分子,在化学反应中表现出极高的稳定性,成为阻碍人工光合作用发展的重要因素.在设计新型光催化剂时,复合MgO可能会有效提高催化剂的活性.绿色植物的叶片结构或茎中存在大量尺寸不一的多孔结构,以利于植物生命活动（包括光合作用和呼吸作用）过程中气体的有效扩散和水分、营养物质的运输.TiO₂因其良好的化学稳定性、无毒且成本低廉,在人工光合成领域得到广泛的研究.因此,本文以空心菜杆为模板,TiO₂为主体催化剂,应用溶胶-凝胶法,通过调节MgO的含量合成了一系列仿生多孔结构的MgO-TiO₂复合物.样品的X射线衍射、X射线光电子能谱和高分辨透射镜表征结果证明,生物模板空心菜杆在550℃下煅烧5 h之后可被完全移除,且MgNO₃分解为MgO,生成TiO₂-MgO复合物.从扫描电镜中可观察到,以空心菜杆为模板合成的MgO-TiO₂,模板的空心管状结构得以保持,在长度和宽度上有一定程度的皱缩.横截面和纵截面图说明样品很好地复制了空心菜杆的导管和筛管组成的多孔结构.同时N2吸附-脱附结果表明,样品中存在3–5 nm的介孔结构.同时我们发现,由于MgO的加入,0.05%MgO-TiO₂复合物的比表面积比TiO₂减少了18%,之后随着MgO含量的增加,MgO-TiO₂复合物的比表面积呈下降趋势.标准状况下,测试了样品对CO₂的吸附量.结果表明,随MgO含量的升高,吸附量先增加后减小,且MgO-TiO₂复合物的吸附量为TiO₂的1.3–1.8倍.结合样品比表面积及原位红外光谱测试结果,说明样品的CO₂吸附量受MgO的含量与样品的比表面积双重因素的影响.CO₂吸附包括物理吸附和化学吸附,而且对于同种样品,吸附量与样品比表面积正相关.当MgO-TiO₂复合物的比表面积随着MgO含量的增加而减小时,CO₂吸附量却先增加后减小,表明MgO的加入极大地促进了CO₂的化学吸附.以MgO-TiO₂复合物作为光催化剂将CO₂和H2O还原为CH₄.CH₄的总产量随着光照时间的增加而增加,10 h后的总产量随着MgO含量的升高先增加后减少,与样品的CO₂吸附量的变化趋势相似但不完全相同.与TiO₂（6.5μmol/g）相比,MgO-TiO₂复合物样品催化作用下的CH₄的最终产量均增大,活性最好的0.2%MgO-TiO₂（18.7μmol/g）的产量达到了它的2.88倍,说明MgO对CO₂具有活化作用,且活化后的CO₂更容易生成CH₄.综合结果表明,CO₂在催化剂表面的吸附量、电子的表面迁移、反应活性位点等因素共同决定了催化剂的光催化活性.