世界经济的快速发展在给人类带来便利的同时,也使环境问题和能源短缺变得越来越严重,其中温室效应所造成的恶劣环境严重影响人类的正常生产和生活。转换CO₂气体为有用的燃料是一种双赢的策略,不仅可以缓解CO₂释放所带来的环境问题,也可以产生新的能源。在众多的还原方法中,由于条件温和和能量输入较低,光化学还原、电化学还原和光电共还原引起了广泛的研究关注。电化学还原中最关键的因素是催化电极选择,不同电极对产物的分布和选择性有很大的影响。由于简单、易制、可控性强,金属电极得到极大关注。在这些金属电极中,拥有合适析氢电位和CO束缚能力的铜电极是一种很特殊的电极,而且可以进一步将CO₂还原为碳氢化合物。由于多晶铜电极选择性和稳定性不佳,许多研究者对铜电极改性使得电化学还原的效率得到了不同程度提高。有的研究者在铜电极表面覆盖铜的氧化物薄膜,增强了电极的选择性和活性。除了电化学还原,人工光合作用被认为是一种颇具前途的还原CO₂方法,其中寻找高活性和高稳定性的光催化剂是最重要的因素。Cu₂O是一种直接带隙半导体材料,其带隙宽度为2.1 eV,较窄的带隙可以有效地吸收太阳光中的可见光部分,其光生电子有足够的能力去还原CO₂分子。然而,在光化学还原中存在严重的光腐蚀和不稳定性。有研究者在其表面覆盖无定型碳层,加强样品导电性,促进光生电子和空穴的分离,提高了光催化剂的活性和稳定。本文在此基础上,希望通过制备不同形貌碳包覆Cu₂O来进一步提高其催化还原CO₂的活性和稳定性。本文的主要研究内容包括:一、通过一步水热方法来合成聚吡咯包覆的Cu₂O纳米线。使用铜片为基底,通过改变反应前吡咯的用量,控制Cu₂O纳米线表面聚吡咯的厚度来实现最优化的光催化还原CO₂性能。物相分析和一系列测试表明Cu₂O@PPy-60具有较好的形貌,最大的光电流密度和载流子浓度,最小的界面电荷阻抗,并且产物的量子效率最高,其中甲烷的量子效率为0.55%,乙烯的为0.51%,总的达到1.06%,高于一些以Cu₂O为研究对象的光催化剂。二、通过简单方法制备了不同碳包覆的Cu₂O纳米棒,样品进行电催化还原和光电共催化还原CO₂测试。在电化学还原中发现合适厚度碳层的Cu₂O拥有较高的法拉第效率,样品具有较好的形貌,团簇现象不明显,其阴极电流最大、阻抗最小,这些都有利于电催化还原CO₂性能的提高。在光电共催化还原中,相对于不包碳的样品,所有包碳样品的性能都在一定程度上高于电催化还原CO₂性能。而对于不包碳的样品,只有在较小电压下,光电共催化的性能才高于电催化的性能。