目前，能源缺乏正在成为一个全球性的核心问题，探索新能源并提高传统能源的可用性是解决能源缺乏问题有效方法之一。太阳能由于具有高度的便利性和环保性而被认为是未来最重要的能源之一。毫无疑问，新型纳米复合材料的开发是提高太阳能利用率的有效途径之一。

自从Fujishima和Honda首次报道在TiO₂电极上光电分解水产生氢气和氧气以来，光催化作为一种清洁、廉价和环境友好的技术引起了人们的广泛关注。在各种氧化物半导体光催化剂中，TiO₂由于其长期的化学稳定性、无毒性、环境友好型、抗化学和光腐蚀、催化活性高、价廉等优点，被看作是一种应用最广泛的光催化材料。然而，TiO₂作为光催化材料存在以下缺点：（1）TiO₂光生电子-空穴对复合几率较高，导致其表观量子效率降低；（2）TiO₂对太阳能的利用率较低，锐钛矿相TiO₂的禁带宽度较宽(3.2eV)，仅能吸收利用太阳光中波长小于387 nm 的紫外光，而紫外光在太阳光中比例大约为4 ％。因而如何发展和完善具有高光催化活性的TiO₂基光催化材料的制备及其表面改性技术是当前光催化技术所面临和必需解决的一个关键问题。

迄今为止，被用来提高TiO₂的量子效率及扩展其光吸收范围的策略有很多，如：TiO₂表面染料敏化、量子点敏化和贵金属敏化、金属离子掺杂和非金属离子掺杂、贵金属沉积、非金属沉积、半导体复合等。其中半导体复合是最为常用的一种策略。而在半导体复合中，构建TiO₂基助催化型异质结是提高光生电子和空穴的分离效率、增强光催化活性的有效策略。常用的助催化剂有Pt、Pd、Au、Ag等贵金属，但贵金属来源受限，且价格昂贵，大大限制了其应用。因此，寻找价格便宜、来源广泛、性能优异的助催化剂与TiO₂进行复合构建TiO₂基助催化型异质结是近年来的研究热点。

石墨炔（Graphdiyne，GDY）是近年来新兴的一种独特的二维碳材料，由sp-和sp2-杂化的碳构成的芳香环和乙炔键连接的碳-碳三键组成。每个苯环都与丁二烯键连接，使得石墨炔具有优越的电导率、结构柔性和化学稳定性。更重要的是，高能炔键中的电子不稳定，很容易通过离域而达到最稳定的状态，因此，石墨炔中的高能炔键很有可能成为吸附和催化的活性中心。此外，石墨炔在光照下还具有独特的光热效应，使得石墨炔可以作为催化反应的活性热点。

基于此，本论文拟采用TiO₂纳米纤维为基底，采用简单的静电自组装法合成TiO₂/GDY复合纳米材料，研究助催化剂的含量对光催化CO₂还原性能的影响，同时表征TiO₂基复合纳米材料的组成与结构，研究其结构与性能之间的内在联系。

2. 研究的基本内容与方案

一、 基本内容：

（1） 材料的合成。拟先通过静电纺丝的方法制备得到TiO₂纳米纤维，再通过静电自组装法制备TiO₂/GDY复合纳米材料。为了寻找催化性能最优异的复合纳米材料，我们准备做不同比例的TiO₂/GDY复合材料。

（2） 光催化性能的研究。分别对合成的复合纳米材料进行光催化CO₂还原性能研究，找到性能最佳的TiO₂/GDY复合纤维材料。

（3） 材料的表征。对TiO₂/GDY复合纳米材料进行一系列的表征，主要包括X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）、拉曼（Raman）；采用电化学方法对材料进行性能测试。

（4） 机理的探讨。对TiO₂/GDY复合纳米材料的CO₂还原性能机理进行探讨。