随着社会的发展,化石能源的需求和消耗与日俱增。然而,化石能源的大量消耗,导致大气中二氧化碳（CO₂）浓度迅速增加,并引发了一系列环境问题。以太阳能为驱动力,通过光催化反应将CO₂还原为有价值的化学燃料（例如CO,CH₄,HCHO,CH₃OH,HCOOH等）,不仅可以降低大气中CO₂的含量,而且为解决环境问题和能源危机提供了研究思路。半导体光催化剂是实现光催化CO₂还原的关键。近年来,卤氧化铋基半导体光催化剂因能带结构可控、化学性质稳定和价格低廉等优点受到研究人员的广泛关注。然而,单相卤氧化铋光催化剂存在着光生载流子复合率高、氧化还原能力弱和光吸收能力有限等问题,导致其CO₂还原效率低,产物选择性差。针对上述问题,本研究通过晶面调控、异质结构建、能带结构调整等方法合成了CdS/BiOCl、CdS/BiOI和CdS/Bi₁₂O₁₇Cl₂三种复合光催化剂,以增强催化剂的光吸收能力,提高光生载流子的分离和迁移效率,从而提升材料的光催化CO₂还原性能。通过自由基捕获、EPR测试、光电化学性能测试等表征手段,研究影响材料光催化性能的因素,探讨复合体系中光生电荷的分离机制以及光催化CO₂还原机理。主要研究结果如下:1.通过调节反应前驱液的pH值,采用水热法分别合成了暴露（001）和（010）晶面的BiOCl纳米片,将CdS与BiOCl复合制备了一系列CdS/BiOCl异质结,并测试了其光催化CO₂还原性能。结果表明,相对于纯的BiOCl和CdS,复合材料的光催化CO₂还原活性显著增强。模拟太阳光照射4小时后,CdS/BiOCl-001最佳复合材料CO和CH₄的产量分别达到2μmol·g^-1和6.85μmol·g^-1。相同条件下,CdS/BiOCl-010最佳复合材料CO和CH₄的产量分别达到1.35μmol·g^-1和1.9μmol·g^-1。Pt沉积实验和光电化学测试结果表明,复合物中Z-型电荷转移模式和光生电荷的有效分离有利于光催化活性的提升,同时,BiOCl的暴露晶面对CdS/BiOCl异质结界面电荷分离产生重要影响。本研究通过将晶面调控和异质结构建相结合,实现了光生载流子的有效分离和迁移,提高了复合材料的光催化CO₂还原效率。2.采用水热法合成了BiOI纳米片,并通过化学沉积法将CdS负载到BiOI纳米片上,合成了一系列CdS/BiOI异质结光催化剂。在可见光（λ≥400 nm）照射下测试了材料的光催化CO₂还原活性。结果表明,复合光催化剂比单相CdS和BiOI具有更高的光催化活性,光照3小时后,最佳复合材料CH₄和CO的产量分别达到0.54μmol·g^-1和3.32μmol·g^-1。通过紫外可见吸收光谱测试、自由基捕获实验和电子顺磁共振实验结果可知,CdS和BiOI异质结中光生电荷遵循Z-型传导模式,不仅增强了复合材料的光吸收能力,还促进了光生电荷的分离和迁移,且材料的光稳定性得到改善。CO₂物理吸附脱附实验和CO₂程序升温解吸实验结果表明,复合材料对CO₂分子物理化学吸附能力的显著增强,是复合体系光催化性能提升的重要原因。3.采用水热法合成了Bi₁₂O₁₇Cl₂纳米带,并在其表面负载CdS纳米颗粒,制备了一系列CdS/Bi₁₂O₁₇Cl₂复合光催化剂,对合成材料的物相、形貌、能带结构和光电化学性质等进行了表征。在可见光（λ≥400 nm）照射下测试了样品的光催化CO₂还原性能,结果表明,Bi₁₂O₁₇Cl₂负载CdS后表现出显著增强CO₂还原活性。光照3小时后,最佳复合样品CO和CH₄的产量分别达到6.78μmol·g^-1和0.81μmol·g^-1。复合材料光催化CO₂还原活性的提升归因于CdS和Bi₁₂O₁₇Cl₂二者具有匹配的能带结构,可紧密接触形成II型异质结,有利于光生载流子的分离和迁移,从而大幅度提升复合材料的光催化CO₂还原效率。