化石燃料的使用导致二氧化碳大量排放所引起的温室效应和能源危机威胁着人类社会的持续发展，因此解决由温室气体二氧化碳所引起的危机以迫在眉睫。二氧化碳的还原，因其能实现对碳的循环利用，已经成为了研究的热点。而光电催化这一过程由于其具有可直接利用太阳光、反应可控以及反应条件温和等优点，使其在二氧化碳还原领域具有广阔的应用前景。目前对于光电催化二氧化碳还原的研究尚存在着催化效率较低、光电极光利用率低、催化还原选择性差等问题。此外对于光电催化体系的构筑也存在着整体催化效率低等缺点。
　　针对光电催化二氧化碳还原领域所存在的问题，我们通过开发高效的阴极电催化剂以及高效的光阴极材料，从提高催化效率和提高光吸收效率作为主导，从而实现对二氧化碳的高效还原。此外，从转移电子平衡的角度出发设计并构筑了高效的双光照光电催化体系用于二氧化碳的还原协同污染物的处理，以及人工光合作用过程。因此本论文主要的内容和创新点分为以下五个部分。
　　（1）利用电沉积的方法制备了具有纳米片形貌的CoOx/Cu foam电极，通过电催化测试发现其具有良好的电催化性能，可以在一个低的相对电位下将二氧化碳还原至甲酸且法拉第效率能够达到了68%。使用该电催化剂与二氧化钛纳米管阵列相结合构筑了一个光阳极驱动的光电催化体系，实现了高效的光电催化二氧化碳的还原。此外，使用原子层沉积技术在所制备获得的电极表面沉积了薄层氧化锌保护膜，在保持原有的电催化性能不变的情况下有效的提高了该电极材料的化学稳定性。
　　（2）选用p型硅作为光吸收体，通过金属辅助化学刻蚀法得到p-型硅纳米线阵列，并利用电化学脉冲沉积的方法在硅纳米线上沉积了铜纳米颗粒作为共催化剂。所制备的Cu-p-Si NWs通过测试发现具有良好的光电催化性能，可以高效的将二氧化碳还原。此外，实验发现该电极在不同的电解液环境中具有较大的电子选择性差异，使得该光阴极材料在硫酸根电解液中获得了具有合成气比例的混合气而在碳酸氢根电解液中获得了具有长碳链的多电子转移碳氢产物。
　　（3）利用阳极氧化法制备了具有优异光学性能以及电化学性能的珊瑚状纳米WO3光阳极，将n型的WO3光阳极与Cu-p-Si NWs光阴极材料组合构筑了一个双光照光电催化体系，实现了光电催化二氧化碳还原与污染物降解的协同过程，同时双光照的引入提高了体系的催化效率。
　　（4）采用铁镍氧化物对珊瑚状纳米WO3光阳极进行修饰改性，获得了具有优异水氧化产氧性能的n型半导体光阳极材料。将该光阳极材料与Cu-p-Si NWs光阴极组合，成功构筑了高效的一个人工光合作用体系，同步实现了在阴极获得了以合成气为主的二氧化碳还原产物并在阳极实现了高效产氧过程。
　　（5）设计制备了具有多尖端结构的海胆状金纳米颗粒电催化剂，并将该催化剂应用于电催化二氧化碳还原过程中。与其他形貌催化剂相比，因其具有尖端富集效应和尖端放电效应，使得该催化剂实现了在0.5mol/L KHCO3电解液中以-0.45V(vs.RHE)的低电位条件下，实现了97%的一氧化碳转化法拉第效率。