二氧化碳导致的温室效应，气候变化等问题已经成为世界性的挑战。二氧化碳的捕集与转化是当前学术界的热点。二氧化碳的电化学还原是利用电能在温和可控的条件下还原二氧化碳为有用的燃料和化学品，是一种具有广阔应用前景的技术，为解决目前困扰人类社会的能源和环境问题提供了一种高效绿色的策略。然而，电化学CO₂还原目前面临着诸多挑战，包括反应动力学迟缓，析氢竞争反应和目标产物选择性较低等。因此，开发经济、稳定、高效的CO₂还原电催化材料是实现电化学CO₂还原技术大规模应用的关键所在。二氧化碳电化学还原的机理、动力学以及产物分布与所使用的阴极催化剂密切相关。合理调节催化剂表面与中间体之间的相互作用是具有挑战性的，但对于实现高效和选择性的电化学CO₂还原极为重要。由于现有的催化剂实际开发与催化理论研究之间的差距，当前的催化剂设计开发的效率仍然较低。

有鉴于此，南昆士兰大学的葛磊研究员和Thomas Rufford教授等人，综述了用于CO₂还原的过渡金属催化剂最近取得的实验以及理论方面的研究进展。

本文要点

1）首先从实验和理论的角度讨论了用于CO₂还原的过渡金属催化剂设计策略的进展，然后介绍了具有实际指导意义的过渡金属理论成果，最后展望了未来高效电催化剂设计策略，并总结了电催化剂理论与实验方面存在的挑战与机遇。

2）通过对近期开发过渡金属基催化剂的策略与基本原理和机理之间的相关性进行批判性讨论，试图缩小理论与实际研发之间的差距。过渡金属催化剂材料的开发是通过调控（1）表面金属的电子结构和（2）反应中间体的吸附几何构型来影响催化剂以及反应中间体的相互作用力。而表面金属电子结构和反应中间体吸附几何可以通过（1）调控金属原子之间的距离和（2）在表面或者体相引入不同化学元素来实现。两者既可以影响过渡金属的d带中心以及泡利不相容作用力，也可以影响中间体表面吸附的几何构型。实际催化剂策略包括表面工程，引入异质原子和尺寸控制，并且可以通过诸如控制催化剂表面，表面约束，合金化，诱导应变，氧化物衍生物，分子载体和纳米结构等。

总之，该工作有助于减小过渡金属基催化剂的理论与实际开发之间的差距，促进低成本、高活性CO₂还原电催化剂的设计开发。

参考文献：

Mengran Li et al. Toward Excellence of Transition Metal‐Based Catalysts for CO2 Electrochemical Reduction: An Overview of Strategies and Rationales. Small Method, 2020.

DOI: 10.1002/smtd.202000033

https://doi.org/10.1002/smtd.202000033