《Chem. Soc. Rev.》 CO₂还原系统中多能量驱动的高附加值氧化反应

Jinyu Ding,⁺ Peijin Du,⁺ Mengqian Li,⁺ Dongpo He, Qinyuan Hu, Qingxia Chen, Xingchen Jiao,* and Yi Xie*

自工业革命以来，大气中二氧化碳（CO₂）浓度持续上升，对全球气候和生态系统造成了深远影响。在众多CO₂转化技术中，光催化和电催化CO₂还原因其能够在温和条件下将CO₂转化为燃料和化学品而备受关注。然而，传统CO₂还原系统的氧化半反应通常为析氧反应（OER），该反应动力学缓慢、过电位高，且产物氧气（O₂）附加值极低，严重制约了系统的能量转化效率和经济可行性。因此，开发能够替代OER的高值氧化反应，成为提升CO₂还原技术实用性的关键突破口。

本文系统总结了近年来在光催化、电催化及多能量驱动催化体系中，将CO₂还原与高附加值氧化反应相耦合的最新研究进展。具体而言，本文综述了多种替代OER的氧化反应类型，包括醇氧化为醛/酸、胺氧化为亚胺、生物质衍生物转化为化学品、塑料废弃物降解为甲酸等单体，以及甲烷氧化为高值中间体等。本文详细分析了不同催化平台（光催化、电催化、光热催化、光电催化、光热-电催化等）下，反应底物选择、产物调控机制与多能量协同策略。在此基础上，本文提出了未来发展方向：一是结合原位表征与理论计算，深入揭示多能量场下的催化机理；二是拓展更具挑战性的高值氧化反应（如烯烃环氧化、烷烃C–H键选择性氧化）；三是开发光-热-电-磁等多能量协同催化系统；四是开展系统级能效与经济技术评估，推动实验室技术向工业化应用转化。

本综述旨在为设计高效、稳定、经济的CO₂还原耦合系统提供系统性指导，助力构建闭环的高值化学品生产。