二氧化碳和甲烷直接合成乙酸在低碳烷烃和CO₂资源利用及烃类氧化物合成方面具有重要的理论意义和应用价值。本论文将气-固多相光催化反应技术应用于这一反应体系,设计和制备了负载型金属修饰的复合半导体材料,并对材料的表面组成、能带结构、吸光性能、化学吸附性能和光催化反应性能进行了系统的研究。以SiO2为载体采用分步浸渍-表面化学反应方法制备了Cu/V₂O₅-TiO₂/SiO₂和Cu/CeO₂-TiO₂/SiO₂。BET、XRD、IR、TPR和UV-vis DRS等实验结果表明:这些材料比表面积在200m2/g以上;V₂O₅或CeO₂及TiO₂均以纳米晶的形式存在于材料的表面,金属Cu高度分散在复合氧化物表面上;在材料表面,V₂O₅或CeO₂既与TiO₂发生复合和键联,形成（V, Ce）-O-Ti键,也与载体SiO2作用形成了（V, Ce）-O-Si的表面化学键;材料表面存在金属位Cu,Lewis酸位Tin+和V5+（或Ce4+）,以及Lewis碱位V=O的端氧和V-O-Ti（或Ce-O-Ti）的桥氧三类活性位。UV-vis DRS实验及利用K-M函数对材料能隙Eg估值结果说明:负载型复合半导体材料中由于基元半导体组分粒径变小,导致其Eg值增大;基元组分间复合作用也引起其吸光强度增加;金属Cu的引入扩展了光催化材料的吸光区域。根据实验结果,我们得出了负载型组合活性基元Cu-V₂O₅-TiO₂和Cu-CeO₂-TiO₂的能带结构及其Eg、Ec和Ev间的匹配关系,并由此探讨了它们对光生载流子的分离性能和与之相关的催化氧化还原反应能力。化学吸附-IR和TPD-MS实验结果表明:CO₂分子在材料表面金属位Cu和Lewis酸位Tin+的协同作用下,主要形成CO₂的卧式吸附态Cu-（CO）O→Tin+;CH4分子以氢原子吸附在Cu/V₂O₅-TiO₂/SiO₂表面V=O的端氧和Cu/CeO₂-TiO₂/SiO₂表面Ce-O-Ti的桥氧上;Cu/V₂O₅-TiO₂/SiO₂吸附活化二氧化碳与甲烷的能力均优于Cu/CeO₂-TiO₂/SiO₂。光催反应性能评价结果表明:Cu/V₂O₅-TiO₂/SiO₂或Cu/CeO₂-TiO₂/SiO₂在365nm、光强0.65mw/cm2的紫外灯照射下均可实现CH4与CO₂直接合成乙酸的反应;其反应性能与材料的吸光性能、化学吸附性能和反应条件紧密相关;在120℃、空速150h-1及原料摩尔比CH4/CO₂=1/1的条件下,Cu/V₂O₅-TiO₂/SiO₂对甲烷的转化率达1.46%,对乙酸的选择性和光量子产率分别达到83.8%和6.89%。在以上研究结果基础上,探讨了光促CH4与CO₂直接合成乙酸的反应机理以及“光-表面-热”协同作用。