通过光催化将CO₂转化为高附加值碳氢化合物在可持续能源领域具有巨大潜力，但实现高活性和选择性仍然具有挑战性。本文中，一种新型的TiO₂/CdS异质结光催化剂在光催化CO₂还原中表现出优异的性能。优化后的催化剂的CH₄产率比纯TiO₂提高了4.2倍，且对CH₄的选择性高达65.4% (CO为34.6%)。其增强的活性源于独特的形貌，促进了CO₂的吸附和传质，以及CdS与TiO₂之间形成紧密的S型异质结，这提高了电荷分离效率，同时保持了强氧化还原电位。并且，飞秒瞬态吸收光谱(fs-TAS)与原位漫反射红外傅里叶变换光谱(DRIFTS)相结合，为光催化二氧化碳还原路径提供了直接证据，并确定了CdS上的硫位点是稳定*CH₃O、*CHO和*CO中间体的关键，从而促进选择性生成CH₄。此外，基于密度泛函理论(DFT)的理论计算进一步补充了实验结果。计算证实了S型异质结的电子结构特征，揭示了原子尺度上的能级和电荷转移机制。这不仅加深了我们对光催化过程的理解，还为进一步优化光催化剂设计提供了理论基础。总体而言，我们的工作展示了TiO₂/CdS异质结光催化剂在光催化CO₂还原中的优异性能。

高效捕集低浓度二氧化碳(CO₂)需要兼具强反应活性与长期结构稳定性的化学吸附剂。碱金属氧化物虽具潜力，但存在快速烧结问题，会严重减少可接触活性位点。本研究开发了一种普适性界面策略，将Li₂O、Na₂O和K₂O以高度分散的非晶态域形式锚定于空心碳球(分别命名为Li-HCS、Na-HCS和K-HCS)，形成稳定的M–O–C键合位点。这种界面结构既可阻止氧化物迁移，又能增强表面碱性，显著强化CO₂结合能力。在碱金属负载空心碳球中，K-HCS表现出最优异的CO₂吸附容量(273 K、1 bar (1 bar = 10⁵ Pa)条件下4.9 mmol g^-1)、最快吸附动力学(313 K、1 bar条件下13.56 mol kg^-1 h^-1)，以及最佳低压脱除效率(273 K、0.15 bar条件下44%)。密度泛函理论计算进一步揭示，随着电子给体能力与极化率从Li到Na再到K的增强，其吸附强度与分子活化能呈现单调递增规律。该研究为稳定碱金属氧化物提供了普适性方案，并为发展低压CO₂捕集材料提供了机理层面的新见解。