能源对于所有生物的重要性不言而喻。目前,为满足能源需求,化石燃料等资源的过度使用导致环境受到了严重的破坏。而CO2是化石燃料燃烧产生的温室气体之一,也是造成全球变暖的根本原因。为此,人们已经采取了许多措施来减少环境中的CO2含量,如碳捕获与储存、工程碳矿化和热化学还原等。但这些方法仍然存在一些缺点:成本昂贵、对电压和温度要求较高、不可持续等。因此,我们亟需一种替代的可持续的解决方案,同时实现环境中CO2的减少和燃料的生产,以满足能源需求。光催化是一种利用太阳能量驱动CO2和其他污染物转化为有用燃料的技术。它利用无穷无尽的太阳能作为唯一的能源,捕获CO2并将其转化为有价值的燃料,可以同时解决碳排放问题和能源危机。虽然半导体光催化剂在CO2还原反应中具有活性,但较低的产率和选择性仍限制了其大范围应用。在人们开发的众多提高光催化活性策略当中,构建复合材料因其可以在两相（或两相以上）相互作用下优化电子结构,进一步促进光催化而在该领域备受瞩目。复合材料可以通过调控两相的复合程度、物相来改变电子结构、轨道、自旋等促进光吸收、加快电荷转移和抑制电荷载流子的重组来提升催化性能。此外,优化的复合结构还可以促进CO2的吸附和活化,提高CO2分子的转换频率（TOF）,从而大大提高光还原产物的选择性。众所周知,TiO2具有合适的能带结构,且抗光腐蚀能力较好,在CO2光还原方面非常有前景。然而,仅限紫外区域的光谱响应范围及其电子-空穴对的快速重组往往造成它较低的太阳能利用率和有限的光催化效率。因此,本论文以TiO2为研究对象,利用光沉积法将金属粒子沉积到TiO2上形成复合材料,并通过改变沉积含量来调控其复合程度,寻求具有最佳性能的CO2还原光催化剂。主要研究内容如下:1、我们首先采用水热法在FTO上生长金红石TiO2,然后利用光沉积法沉积金属Cu粒子,成功构建了Cu/TiO2复合材料。随后通过改变复合金属Cu的含量,实现了对Cu/TiO2复合材料电子结构的调控。获得的Cu/TiO2-3样品中的Ti具有t2g轨道（低能轨道）占据的特征电子结构,十分有利于促进电荷传输。理论计算结果也证明通过调节Cu与TiO2的复合,Cu 3d上的电子趋向于转移到Ti的t2g轨道,同时,Cu/TiO2-3样品生成CO的吉布斯自由能垒也显著降低。光催化性能测试表明,Cu/TiO2-3样品具有最佳的CO2光还原性能。其中,CO产率为15.27μmol·g-1·h-1,为原始TiO2的5.8倍,且具有高达95.9%的选择性。该工作揭示了轨道调控对于研究复合催化剂两相相互作用和提高光催化活性的重要意义。2、我们采用水热法制备了金红石TiO2纳米线阵列,接着通过光沉积法在TiO2上沉积了不同含量的金属Ag纳米粒子,成功构建了Ag/TiO2复合材料作为光催化剂。我们对所有样品进行了一系列表征和CO2光还原性能测试,结果显示Ag/TiO2-2样品的性能提升最高,CO产率为5.75μmol·g-1·h-1,CH4产率1.76μmol·g-1·h-1。这主要归因于适量的Ag沉积使得Ag与Ti之间产生电荷转移,优化了电子结构,这促进了电子-空穴对的快速分离。此外,金属Ag的表面等离子体共振也为Ag/TiO2复合材料在光活性方面的改善做出了贡献。