随着人口的增加和现代化与工业化进程的加快，世界各国对能源的需求愈来愈大，而经过数百年的过度开采和巨大消耗，作为人类社会主要能量来源的煤炭、石油和天然气等化石能源已经不可逆转地走向枯竭。而且，化石能源的大量燃烧造成大气中以CO2为主的温室气体急剧增加，破坏了自然界碳循环的平衡，导致全球气候变暖。近年来，受自然界绿色植物光合作用的启发，以CO2为原料，半导体材料为催化剂，在太阳光的照射下利用还原剂将CO2转化为含碳化合物的技术备受关注。该技术在降低大气中温室气体CO2的浓度的同时，生成的含碳化合物又能够缓解日益紧张的能源危机，实现了能源与环境的“双赢”。TiO2具有廉价、无毒、光稳定性好、容易制备等优点，被广泛地应用于光催化分解H2O、光催化还原CO2和有机污染物降解。对CO2的选择吸附性能差、光生电子-空穴复合几率高和光谱响应范围窄等因素限制了TiO2光催化CO2还原性能的提高。源于自然界绿色植物的光合作用的灵感，基于孔隙结构传统的硬模板和软模板合成方法，本文合成了分级多孔结构的TiO2海绵和MgO-TiO2复合材料，并应用于光催化还原CO2。主要研究内容如下:　　(1)以多孔藕粉凝胶为模板，将藕粉和TiO2的前驱物混合与水共热，共凝胶化形成多孔结构，在空气氛中煅烧将藕粉凝胶移除，合成了3D交联大孔/介孔结构的TiO2海绵。此方法将传统的硬模板法和软模板法有机地结合在一起，在获得模板的既定大孔结构的同时，交联围成大孔的薄壁表面形成大量的介孔。与同等条件下，不采用模板制得的参比TiO2样品相比，3D交联大孔/介孔结构的TiO2海绵光催化CO2还原为CH4的效率提升了2.6倍，原因为:(1)大孔结构有利于气体反应物和生成物的自由扩散;(2)入射光在孔隙结构中发生多步折射和散射，延长了光的传播路程，从而增强了样品的光吸收;(3)介孔结构增加了CO2在催化剂表面的吸附和反应活性位点。　　(2)以空心菜杆为模板，应用溶胶凝胶的方法，调节MgO的含量合成了系列仿生多孔结构的MgO-TiO2复合物。通过探究、比较不同含量MgO对复合物光催化CO2还原为CH4效率的影响，结合催化剂的物理和化学性质的表征，证明MgO能够提高催化剂表面CO2的化学吸附，活化CO2分子，从而提高CO2的光催化转化活性。虽然MgO的加入能够提高活性CO2分子的含量，由于MgO为绝缘体材料，并且覆盖在TiO2颗粒表面，阻碍了光生电子向催化剂表面的迁移，一定程度上降低了催化剂的活性。因此，设计合成复合MgO的光催化剂时，要选择最佳复合量，本文实验结果证明:TiO2的MgO为最佳复合量为0.2 wt％。