化石燃料的快速消耗以及大气中CO2含量的不断增加引起了人们对未来能源供应和全球气候变化的关注。如何将CO2转化为高附加值的碳氢化合物仍是我们面临的挑战。相比于电催化CO2还原,太阳能驱动的光催化CO2还原具有反应条件温和,绿色环保等特点,已经引起了广泛关注。然而,由于光生电子空穴分离效率极低,使得大多数CO2还原光催化剂效率较低,远无法满足实际应用的需求。特别是利用可见光将CO2和H2O转化为有价值的CH4仍然是一个挑战,这主要是由于该过程是一个复杂的8 e-还原过程。此外,析氢反应(HER)作为竞争反应会导致碳氢化合物选择性较差。因此,如何构筑合适的光催化剂以选择性地生成CH4,同时抑制副产物H2的生成是一个难题。二维层状双金属氢氧化物(水滑石,LDHs)是一种极具潜力的光催化剂。通过调节LDHs中的缺陷态可调节其带隙和电子结构,从而有效地调节CO2转化的光活性以及产物选择性。因此,本文以LDHs为基础构建合适的结构模型,通过各类光谱学表征以及理论计算手段以建立催化剂微观结构与其光催化CO2还原性能之间的构效关系。本文主要研究内容如下:1、高波段下Ni基LDH纳米片有效促进光催化CO2还原产CH4:通过一步共沉淀法成功将Ni引入CoFe-LDH层板中,得到了可见光下高选择性将CO2转化为CH4的超薄NiCoFe-LDH纳米片。在波长大于500nm的条件下,NiCoFe-LDH的甲烷选择性可达78.9%,同时可以有效将副产物H2的选择性抑制至1.7%。并且NiCoFe-LDH表现了良好的循环稳定性,三次循环下CH4选择性能够保持不变。X射线吸收光谱表明引入Ni元素后的NiCoFe-LDH中含有丰富的氧缺陷以及金属缺陷,这些缺陷的存在能够有效促进光生电子空穴的分离效率。理论计算结果也证实了这一点。该工作为在制备廉价的可见光CO2光还原催化剂提供了一定的理论基础。2、超小单层NiFe-LDH纳米片实现高选择性可见光催化还原CO2:基于LDHs粒径/厚度可调的特点,采用超声破碎法制备了尺寸3 nm,厚度1 nm左右的NiFe-LDH纳米片。该材料在可见光下能够高选择性将CO2还原为CH4(81.93%),同时能够完全抑制H2的产生。XAFS光谱表明超小NiFe纳米片中含有丰富的金属缺陷以及氧缺陷,理论计算表明富含缺陷的超小NiFe纳米片能够提供合适的驱动力用于CO2还原而不能驱动H2的生成。该工作表明通过调节缺陷浓度及种类可以有效调控催化剂导带位置,从而得到高选择性CO2还原光催化剂,这为未来设计高效抑制H2的CO2还原催化剂提供了一条可行的路径。