综述：从机制到设计：光催化和电催化CO2 转化为高值化学品的批判性比较研究

　　这篇综述系统梳理了电催化（CO2 RR）和光催化CO2 还原领域的最新进展，提出以产物导向（C1 、C2 及聚合物）的分类框架，结合催化剂结构-活性关系、原位光谱和密度泛函理论（DFT），揭示了关键中间体与限速步骤。文章提炼出活性位点工程、局部微环境调控和串联策略三大设计原则，为工业化CO2 转化系统提供路线图，兼具学术前瞻性与技术落地价值。

　　

Abstract

化石燃料燃烧导致的CO₂
排放激增亟需高效转化技术。电催化和光催化CO₂
还原（CO₂
RR）通过多电子转移路径将CO₂
转化为燃料和高值化学品，其核心挑战在于克服热力学壁垒并提升C₂₊
产物选择性。铜基催化剂因其独特的多碳产物生成能力成为研究焦点，而活性位点配位环境与表面缺陷的精准调控可显著影响*CO中间体二聚效率。

Introduction

全球变暖与能源危机双重压力下，CO₂
催化转化被视为“碳闭环”战略的关键环节。相比自然碳汇的局限性，人工催化系统通过光/电驱动实现CO₂
到CH₄
、C₂
H₄
等产物的定向转化，其中C₂₊
产物因更高经济价值成为商业化突破点。铜催化剂表面晶面取向（如Cu(100)）可促进C-C耦合，而掺杂或应变工程能优化*H吸附强度以抑制副反应。

C₁

products
CO和甲酸（HCOOH）作为2电子转移产物具有最低动力学屏障，金属（Au、Ag）与分子催化剂可通过COOH中间体调控选择性。甲烷（CH₄
）生成涉及8电子转移，需铜基催化剂上CH₃
O中间体的深度加氢。理论计算表明，过渡金属d带中心位置与*CO吸附能的线性关系是C₁
产物选择性的描述符。

Active sites and surface defects

原子级分散的Cu-N₄
位点可降低C-C耦合能垒，而氧空位（O_v
）通过改变局部电荷密度促进CO₂
活化。串联催化策略中，ZnO/Cu界面实现CO生成与后续C₂
H₅
OH合成的空间分工，法拉第效率（FE）提升至70%。

Conclusions

未来研究需解决三相界面传质限制与规模化反应器设计问题。将机器学习与高通量筛选结合，有望加速“催化剂-反应器-工艺”三位一体优化，最终实现CO₂
资源化技术的经济可行性。