近年来,由于化石燃料的大量消耗导致的能源危机和环境问题已经引起人们的巨大关注。利用太阳能光电催化还原CO₂制取燃料和化工品,对于缓解能源危机和温室效应具有重要的意义。本论文在设计并制造了新型的光电催化反应器的基础上,研究了光阳极的制备及其在光电催化还原CO₂中应用,并将具有独特的CO₂吸收性能和转化作用的离子液体电解质应用于光电催化还原CO₂体系中。本论文各章的主要研究内容如下:（1）在综述了CO₂资源化利用研究现状的基础上,重点对光电催化还原CO₂进行了介绍,最后对本课题的研究意义和研究内容进行了简单阐述。（2）首先采用阳极氧化和随后高温氢化还原的方法中制备了黑二氧化钛纳米管阵列（TiO₂-NTAs）,通过扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、紫外可见光谱（UV-vis）、线性伏安（LSV）等测试方法对样品的表面形貌、晶型结构和光电转化性能分别进行了表征,重点考察了电解质组成、阳极氧化电压和不同后处理方法等对TiO₂-NTAs结构和形貌的影响,以及高温氢化工艺对所制备的黑TiO₂-NTAs光电转化性能的影响;然后以所制备的黑TiO₂-NTAs为光阳极,以1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐（[C2MIm][BF4]）水溶液作为阴极电解质溶液,进行了光电催化还原CO₂的研究。结果表明,在含有0.2 M NH4F、0.15 M（NH4）2SO₄、5 vol%H2O和20 vol%乙二醇的丙三醇溶液中,施加45 V电压条件下,采用两步法阳极氧化4 h,接着在乙醇溶液中超声45 min的条件下,成功制备了规整有序、管壁光滑、管口干净的TiO₂-NTAs;随后在500℃,氢气气氛中还原2 h,成功得到了具有优良光电转化性能的黑TiO₂-NTAs;此反应体系中光电CO₂还原的主要产物是CO,在外加电压为2.1 V时,其法拉第效率达到了67.3%。（3）首先制备得到了WO₃/BiVO₄复合薄膜光电极,通过SEM和LSV方法对WO₃/BiVO₄复合薄膜的表面形貌和断面结构以及光电转化性能分别进行了表征,重点考察了WO₃的前驱体溶液中聚乙二醇添加量、WO₃薄膜厚度和BiVO₄薄膜厚度对WO₃/Bi VO₄复合光电极的光电转化性能的影响;然后采用WO₃/BiVO₄复合薄膜为光阳极,以1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐（[NH2C3MIm]Br）水溶液作为阴极电解质溶液,进行了光电催化还原CO₂的研究。结果表明,添加聚乙二醇1 ml,WO₃的前驱体溶液喷涂4次,BiVO₄的前躯体溶液喷涂2次时所制备得到的WO₃/BiVO₄复合薄膜光电转化性能最好;此反应体系中光电CO₂还原的主要产物是HCOOH,在外加电压为1.7 V时,其法拉第效率可以达到94.1%;且在施加电压仅为1.1 V时,光能的净转化效率可以达到0.11%。（4）总结了本论文的主要研究成果,并对以后的相关研究进行了展望。