随着化石燃料的巨大消耗和全球能源需求的持续增长,人们亟待寻求经济和环境友好的替代品来取代化石能源。光电化学还原CO₂使用太阳光这种清洁的可再生能源,以CO₂为原料,将其转化为燃料和CO等化工产品,是一种极具应用前景的技术,不但可以减少排放到大气中的CO₂量,并且可以同时缓解环境和能源问题,从而实现可持续的发展。本文在研究光电极构建的基础上,主要对光电催化CO₂还原阴极纳米催化剂进行了相关研究。主要内容如下:第1章,论述了CO₂资源化研究的意义,阐明了光电催化还原CO₂的意义及研究现状,并简单介绍了CO₂还原金属电催化剂的进展,最后指出了本课题的研究内容和创新点。第2章,用聚合物辅助沉积法和金属有机物分解法制备了WO₃和BiVO₄半导体薄膜;利用固体紫外-可见漫反射光谱、电化学阻抗和线性扫描伏安法对WO₃和BiVO₄半导体薄膜的能带结构进行了表征。在能带结构研究的基础上,制备了WO₃/BiVO₄异质结复合光电极;并通过扫描电子显微镜、X射线衍射和X射线光电子能谱分别对该复合光电极的断面形貌、晶型结构和物质组成进行了表征。最后对WO₃/BiVO₄复合光电极的光电转化性能进行了研究。结果表明:均为单斜晶型的WO₃和BiVO₄之间形成了膜厚约为450 nm的II型异质结;在施加相对于可逆氢电极1.23 V的电势时,WO₃/BiVO₄光电极的光电流密度可以达到1.926 mA·cm^-2,表现出了良好的光电转化性能。第3章,传统的水溶液中的CO₂的转化存在着溶解性低、扩散慢、水中CO₂存在形式复杂等缺点,以及H₂O还原H₂的竞争性过程的存在,导致CO₂的转化效率不理想,产物选择性较差。为了克服这些问题,将气体CO₂直接引入到无液体电解液的阴极反应池中,使用负载有纳米Ag电催化剂的阴极膜作为电极,开展了光电催化CO₂还原的研究。研究结果表明,这种光电还原CO₂的策略完全抑制了竞争性H₂的产生,在1.4 V的外加电压下,该系统的法拉第效率高达96.5%,CO产率为1.11 mmol·min^-1·g^-1,电能到化学能的转换效率为92.1%。此外,当外加电压低于1.4 V时,太阳能可以完全补偿电催化过程中的相关能量损失,并开始以化学能的形式储存在CO的化学键中。第4章,总结了本文的主要研究成果,对光电催化还原CO₂电催化剂的发展进行了展望,并对未来研究所面临的问题进行了分析。