光催化还原二氧化碳（CO₂）是一种利用具有合适带隙的半导体材料吸收太阳光辐射,产生具有高度还原能力的电子,将CO₂转化为CH₄、CH₃OH和CO等具有高附加值的含碳产物的催化过程,为解决温室气体排放和能源危机提供了崭新的途径。将空位引入半导体催化剂的晶格中能够改变其电子结构和带隙,产生缺陷能级,拓宽材料的光谱响应范围,增加反应活性位点,提升光催化反应的转化效率。深入研究空位缺陷在半导体催化中的作用和机理具有重要意义。本论文研究以半导体光催化剂中的空位缺陷为研究对象,构筑具有不同空位缺陷结构的纳米半导体光催化剂,探究其CO₂光催化还原性能。（1）氧空位是Ce O₂中的固有缺陷,通过对Ce O₂进行Bi元素重度掺杂,增强了材料可见光吸收,引入大量缺陷和反应活性位点,显著提升催化反应效率。其中,Ce_0.6Bi_0.4O_2-δ表现出最好的CO₂光催化还原性能,CO生成速率到达纯Ce O₂的4倍以上。X射线衍射（XRD）结果表明固溶体成功制备,扫描电镜（SEM）图像表明Ce_0.6Bi_0.4O_2-δ以纳米立方体形貌存在,且表面存在大量缺陷。拉曼光谱（Raman）数据表明Bi掺杂成功引入氧空位和Ce³⁺本征缺陷。紫外可见吸收光谱（UV-Vis）数据表明Ce_0.6Bi_0.4O_2-δ固溶体具有更好的可见光吸收性能,这也是其催化性能增强的原因之一。原位红外光谱（in-situ FT-IR）研究的结果则表明:与纯Ce O₂相比,Ce_0.6Bi_0.4O_2-δ固溶体在催化过程中产生了不同的中间产物。（2）氧化铟是一种典型的具有光热还原CO₂潜力的催化剂,然而完整化学计量的氧化铟（In₂O₃）呈淡黄色（带宽2.8 e V）,光吸收能力差,活性位点少,不利于CO₂光催化还原反应的进行。这里,我们首先制备出In-MIL纳米棒,随后经还原性气氛处理得到具有丰富氧空位的黑色MIL-H₂纳米棒,促进了CO₂分子的吸附和活化,极大提升了光催化还原CO₂的反应速率,是空气气氛热处理得到的In₂O₃纳米立方体的12倍。（3）类石墨相氮化碳（C₃N₄）是成本低廉、具有可见光响应和CO₂光催化还原能力的光催化剂。在C₃N₄上负载非贵金属单原子能够充分利用地球上储量丰富的金属元素,是常见的提升其催化活性的方法之一。我们采用不同的气氛对C₃N₄进行煅烧处理,随后以简便的油浴法向制备得到的C₃N₄上负载Co原子。我们发现经过氢气前处理后负载Co的样品（即含有N空位的CN_vCo）具有最高的催化活性,最高的CO产率达到156μmol g^-1h^-1。