不可再生化石燃料大量的消耗,使得人类面临的温室效应和能源危机等问题日益突出。因此,寻求可替代化石燃料的清洁能源和开发CO₂资源化利用技术,都具有十分重要的意义。半导体光催化技术因为可以利用太阳能在温和条件下驱动氧化与还原反应,被认为是潜在的解决环境与能源问题的有效手段。最近,石墨相氮化碳（g-C₃N₄）和硫化铟锌（ZnIn₂S₄）等半导体材料,由于具有合适的能带结构及其可见光响应特性,被广泛应用于光催化CO₂还原和光催化分解水产氢。然而,它们由于光生载流子易复合导致光催化活性不高,无法满足实际应用需求。本论文试图对它们进行修饰改性,以提高其光催化性能。本文的研究工作具体如下:1、Ti₃C₂/g-C₃N₄复合光催化材料还原CO₂:考虑到Ti₃C₂具有优越的电子传输性能,设计了二维纳米片Ti₃C₂/g-C₃N₄复合光催化材料,以提高g-C₃N₄光催化还原CO₂性能。将Ti₃C₂与尿素（g-C₃N₄前驱体）的混合水溶液充分超声分散,使尿素插层到多层碳化钛（Ti₃C₂）层间,烘干后将粉末高温煅烧,制备出超薄二维/二维（2D/2D）Ti₃C₂/g-C₃N₄复合材料。尿素不仅作为制备g-C₃N₄的原料,而且可以充当气体模板将体相Ti₃C₂剥离成Ti₃C₂纳米片。由于Ti₃C₂与g-C₃N₄之间亲密的界面接触以及Ti₃C₂良好的导电能力,复合催化剂光生电荷迁移与分离效率得到了极大地提升。此外,Ti₃C₂的引入提升了催化剂对CO₂分子的化学吸附,促进了CO₂的活化。最终,优化的Ti₃C₂/g-C₃N₄复合催化剂表现出增强的光催化CO₂还原性能,总CO₂转化是纯g-C₃N₄的8.1倍。2、硫掺杂g-C₃N₄光催化分解水产氢:硫原子掺杂会优先取代g-C₃N₄庚嗪环中sp²杂化的边缘氮,这有利于打破g-C₃N₄平面内氢键,促进载流子离域而提高光活性。采用将硫代乙酰胺（TAA）与二氰二胺混合煅烧的方式,制备了硫掺杂g-C₃N₄。结果发现:（1）硫掺杂调控了g-C₃N₄的能带结构,促进了可见光吸收以及提升了导带电子的还原能力;（2）硫掺杂促进庚嗪环中电荷的离域,有利于电荷在面内迁移与分离,提升了电荷分离效率;（3）硫掺杂样品呈现出分级多孔结构,增加了还原活性位点。最终,优化的样品表现出增强的光催化分解水产氢性能,是体相g-C₃N₄的7.7倍。3、CeO₂/ZnIn₂S₄复合材料光催化还原CO₂:设计CeO₂/ZnIn₂S₄复合光催化材料,利用CeO₂来分离ZnIn₂S₄的光生载流子,从而提高其光催化还原CO₂性能。将CeO₂立方块与氯化锌、三水氯化铟以及TAA在乙醇溶液中搅拌均匀,用微波水热法制备得到CeO₂/ZnIn₂S₄复合催化剂。结果显示,CeO₂/ZnIn₂S₄复合光催化材料表现出优越的CO₂还原性能,活性是纯ZnIn₂S₄和CeO₂的3.9和7.4倍。这是由于CeO₂的引入,促进了ZnIn₂S₄的光生电荷分离效率、增大了电荷密度以及催化剂的比表面积。