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目前化石燃料是人类生产和生活的主要能源。化石燃料燃烧会产生大量的二氧化碳,不仅会导致温室效应,而且会打破碳平衡。光热协同催化还原二氧化碳是一种缓解温室效应的有效方式。本论文首先研究了 Bi光热催化还原二氧化碳的性能及机理,随后通过将Bi与Pd、Co分别复合及掺杂提高二氧化碳还原的性能。此外,利用一系列手段对催化剂进行表征。本论文的研究内容可以总结为以下三点:(1)Bi光热协同催化还原二氧化碳用水热和电沉积两种不同方法制备出的单质铋(Bi),分别命名为H-Bi和E-Bi。采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等手段对Bi的形貌和结构进行了表征。测试结果表明,制备出的H-Bi和E-Bi的形貌分别为直径在200 nm左右的纳米球和长度在80-200 nm之间的纳米棒。H-Bi和E-Bi光热催化二氧化碳还原的实验结果表明,一氧化碳的产量与温度均呈线性关系。H-Bi和E-Bi催化剂在反应中一氧化碳的平均产率分别可达24.2μmol·h-1·g-1和19.8μmol·h-1·g-1。傅里叶变换红外(FTIR)测试结果表明,*COOH是二氧化碳还原反应的主要中间体,*COOH与活化氢及电子反应,产生一氧化碳和水。(2)Bi-Pd光热协同催化还原二氧化碳采用两步还原法制备出Bi和不同比例Pd复合的Bi-Pd双金属催化剂,Pd在Bi-Pd双金属中的质量比占5～20%。TEM测试结果显示制备出的Bi-Pd双金属的形貌为宽度在50 nm以下的纳米块。光热协助还原二氧化碳结果表明,当Pd在Bi-Pd催化剂中的质量比为15%时,Bi-Pd双金属催化剂的性能最好。在190℃,420nm的LED光辐照时,一氧化碳的平均产率可以达到97.6 μmol·h-1·g-1。这主要归功于BiPd-15%是四种Bi-Pd双金属中电荷分离效率最高,电荷转移阻力最小的催化剂。此外,Pd的复合有利于一氧化碳从催化剂上脱附,抑制催化剂中毒,提高催化剂稳定性,Bi-Pd双金属的稳定性可达15 h。(3)Bi-Co光热协同催化还原二氧化碳采用一步水热法制备了三种不同摩尔比的Bi-Co催化剂,分别为BiCo0.15,BiCo0.25和BiCo0.5。TEM图表明制备出的Bi-Co纳米球直径在350～500 nm之间。X射线光谱线扫(EDS)结果表明Bi和Co两种元素在Bi-Co双金属中几乎完全重叠,证明形成了 Bi-Co合金。二氧化碳还原反应的结果显示BiCo0.25的活性最高。这主要是因为制备的三种催化剂中BiCo0.25催化剂对光生电子的利用率最高。在180℃,420 nm的LED光辐照时,BiCo0.25一氧化碳的平均产率为109.8μmol·h-1·g-1;CH4的平均产率为51 μmol.h-1.g-1。此时,一氧化碳和甲烷的选择性分别为32%和68%。Co和Bi双金属的协同作用可以有效提高H2和CO2的活化。通过FTIR结果推测出二氧还碳还原反应合理的机理:二氧化碳在Bi位点上活化形成*COOH中间体,*COOH脱氧生成一氧化碳和水;Co位点上吸附的二氧化碳在活化过程中碳氧键被破坏,与通过氢溢出机制从Bi上转移至Co位点上的氢反应,形成甲烷。