目前化石能源的大量消耗和预计中持续上升的使用量同时带来了两个环境 问题：尾气中的 CO2 污染和能源紧张问题。与传统的地质或海洋封存相比，催 化还原 CO2得到的产物包括甲烷、乙醇等可再生能源，不仅可以减少 CO2污染， 还能得到有价值的化学产品缓解能源紧张问题，是一个极具科研和应用价值的研 究方向。在众多的催化方法中，光催化由于其反应条件温和、无需人工动力、绿 色无污染等优势受到了广泛关注。理想的 CO2 还原光催化剂应具有低的 CO2还 原能垒路径，并且对生成的产物具有高度的选择性。迄今为止，光催化 CO2 的 还原效率仍然很低，同时提高 CO2 光还原活性和产品选择性非常具有挑战性。 本论文旨在：（1）对极具潜力的 2D TiO2 光催化材料进行制造氧空位和负载铁 卟啉两方面的改性，得到 2D TiO2-铁卟啉复合材料，提高材料的可见光响应程度 和 CH4产物选择性；（2）对改性材料的 CO2还原产物进行检测，确定还原产率 和选择性的提升；（3）探究复合材料提高光催化的机理，阐释 CO2在还原过程 中的反应路径。

      首先，利用简易和相对低温的改性方法在 2D TiO2上制造氧空位并负载铁卟 啉分子，获得 B-TiO2-x 和 Fe-TiO2-x（x=300，330，350，400）。利用 XRD、TEM、 XPS、FT-IR 等手段对材料的晶格结构、暴露晶面、形貌等进行了表征。证明了 氧空位的生成和铁卟啉的完整负载，并确证铁卟啉更倾向于负载在氧空位缺陷 中。

      其次对 2D TiO2、B-TiO2-x 和 Fe-TiO2-x 的 CO2还原产物及产率进行了检测， 改性后的 TiO2光催化剂表现出更强的可见光催化活性。且 Fe-TiO2-x 的产物变为 以 CH4为主，CO 产率为 66 µmol·g -1·h -1，CH4产率则达到了 10.48 µmol·g -1·h -1， CH4 选择性提高到了 38.8%，实现了甲烷的高选择性还原。另外，Fe-TiO2-350 具有良好的光还原稳定性。

      最后，从光电性质的提升和 CO2 的表面吸附结构变化两个角度解释了高选 择性还原的机理。Fe-TiO2-x 的光生电子-空穴对更多且复合较慢，光生电子效率 提高，大大增强了光催化活性。能带结构的改变使电子更容易转移到 CO2的还  原过程中。同时，Fe-TiO2-x 表面生成了 HCO3 -、m-CO3 2-等 CO2还原中间产物， 使 CH4 可以从 HCOOH 更为容易地还原为 CH4。在 CO 生成后，Fe-TiO2-x 的高 CO 吸附能力使其不容易脱附而是被还原为 CH4。各气体吸附能力及结构的改变 为 Fe-TiO2-x 的高 CH4选择性提供了证据。