光催化是解决能源供应和环境污染问题最有效的策略之一。太阳能驱动的光催化反应可以加速环境污染物降解、氢能源利用、二氧化碳（CO2）资源化、高附加值产物有机合成等领域中氧化还原反应的进行,其核心是高效光催化剂的合成。在金属氧化物半导体催化剂中,四氧化三钴（Co3O4）作为一种常见的3d过渡金属半导体催化剂,因其具有形貌易于调控、物化性质稳定、吸光能力强、制备简单等优点,而表现出较高的研究价值和广阔的应用前景。然而,Co3O4较窄的带隙导致其具有较差的光生载流子分离率,限制了其在光催化领域的应用。因此,本论文以具有特殊暴露晶面的Co3O4纳米晶体为研究对象,通过晶面调控策略、缺陷工程以及复合材料构筑技术等,有效提升Co3O4纳米晶体催化剂的载流子传输效率,促进了光催化过程中氧化还原反应的进行,实现了光催化活性的提升,并通过密度泛函理论计算结合原位傅里叶红外光谱对光催化氧化和还原反应性能的提升机理进行分析。论文具体研究内容如下:（1）通过对β-Co（OH）2前驱体进行不同温度煅烧,制备得到Co3O4-{112}与Co3O4-{111}两种不同主导晶面的Co3O4材料,并在模拟太阳光下,进行光催化CO2还原性能测试。研究结果表明,Co3O4-{112}表现出优异的光催化还原CO2能力,其CO产率为96.4μmol g-1 h-1,是Co3O4-{111}的3.7倍。{112}面比{111}面更有利于*COOH中间体的吸附和*CO中间体的解吸,可有效促进还原反应速率提升。不同的暴露晶面代表不同的表面原子排布,{112}面的存在使Co3O4-{112}的导带（CB）位置比Co3O4-{111}更负,从而表现出更优异的光催化性能。（2）运用氨气等离子体对Co3O4进行表面处理,制备得到胺官能化Co3O4（简称为AF/Co3O4）缺陷修饰材料。光催化CO2还原实验结果表明,AF/Co3O4-15的CO产率为78.56μmol g-1 h-1,显著优于Co3O4。原位傅里叶红外光谱探究了CO2光催化还原的反应路径。结果表明,氨基官能团的存在使其与CO2接触时形成路易斯酸碱对,进一步促进CO2的吸附。氧空位提高了光生载流子的迁移和分离效率,从而提升了光催化CO2还原的活性。氧空位和氨基官能团的引入可以优化Co3O4的能带结构,进一步提升CB的还原能力,促进光催化还原半反应过程。（3）基于上述的研究,通过界面接触使Co3O4负载在石墨相氮化碳（g-C3N4）的表面,制备出Co3O4/g-C3N4复合材料,应用于光催化氧化反应。相较于g-C3N4与Co3O4,Co3O4/g-C3N4对罗丹明B（Rh B）的光催化降解性能明显提升,其中5%Co3O4/g-C3N4在模拟太阳光照射40 min后对Rh B的降解效率达到97.6%,是g-C3N4的3倍,Co3O4的5.58倍。光催化降解性能的提升来源于制备的Co3O4与g-C3N4之间的界面复合,形成了界面效应,有利于光生载流子在材料表面的快速迁移和分离。构筑Ⅱ型p-n异质结,促进了光生载流子在Co3O4与g-C3N4之间的跃迁,优势晶面暴露使VB和CB的氧化和还原能力提升,改善整体氧化还原反应速率,促进了罗丹明B（Rh B）的矿化和活性物种·O2-的产生。