张继宏，钟地长，鲁统部

天津理工大学新能源材料与低碳技术研究院，材料科学与工程学院，天津 300384

1 引言

随着全球经济发展和能源需求提升，寻找经济和可再生能源是人类21世纪面临的主要挑战之一1,2。目前的能源结构中，85%能源由化石燃料提供。由于化石燃料的不可再生性，将使得其变得更加昂贵且难以获取；另外，化石燃料的使用，排放了大量的二氧化碳(CO2)等温室气体，对全球气候产生严重影响，威胁着人类社会的可持续发展。因此，寻找可替代化石燃料的能源载体非常重要3,4。

受自然界绿色植物光合作用的启发，研究者考虑利用太阳光将CO2转化为燃料或高附加值化学品，这不仅可以降低大气中CO2浓度，缓解环境问题，还可以将太阳能转化成化学能，实现太阳能的存储，解决能源危机5-11。然而，由于CO2的惰性，直接用一个电子将CO2转化为CO2·-非常困难，需要非常负的氧化还原电势(见式(1))12-14；另一种相对有利的途径是通过质子辅助的多电子转移来还原CO2，使CO2可以在相对较正的氧化还原电势下还原为一氧化碳(CO)，甲酸(HCOOH)，甲醇(CH3OH)，甲醛(HCHO)，甲烷(CH4)或乙酸(H2C2O4)等(见式(2)-(7))15-18。从热力学上，多质子多电子转移反应有利于CO2还原形成HCHO、CH3OH、CH4等还原产物，但随着质子和电子的增加，动力学势垒通常也将增加，所以将CO2还原成HCHO/CH3OH/CH4等比CO/HCOOH更难19。同时，热力学有利的质子还原反应(-0.41 V vs NHE)还将与CO2还原竞争20,21。因此，开发高效、高选择性的廉价催化剂是实现CO2还原的关键。

光催化CO2还原体系主要分为均相和非均相光催化体系。……