近年来，在电催化和光催化中对界面CO₂还原反应（CO₂RR）的总体认识已经取得了实质性进展，但在分子水平上局部化学环境及其对催化界面的影响仍然很难捉摸。

有鉴于此，英国剑桥大学Erwin Reisner综述了在非均相/非均相电催化和光催化CO₂RR中改善局部化学环境的研究进展。

文章要点

1）作者首先概述了CO₂RR中的局部化学环境效应，即影响界面CO₂RR的催化位置附近的多种物理化学效应。首先总结了通过调节势能格局来区分导致本征催化活性改变的效应；其次，CO₂、H⁺/OH^-、CO₃^2-、HCO₃^-、H₂CO₃、反离子和水等溶液组分的局部浓度（LC）受到多种影响，从而影响CO₂RR和HER。

2）通过表面的相互作用可以强烈影响催化剂的位置。作者强调了吸附物种以及能够通过非共价相互作用调节催化作用的表面结合分子的作用。此外，载体材料影响着催化中心的局部化学环境，在多相催化和分子催化中都起着重要的作用。

3）固液界面表面吸附物种的环境不仅受表面效应的影响，还受溶液与离子以及与CO₂和H₂O的相互作用的影响。溶解物种可以是无机的(例如，碱性阳离子、磷酸阴离子)，也可以是有机离子液体（Ils）或表面活性剂。

4）作者总结了三维电极材料界面如何通过形成扩散梯度来增加复杂性，这可能会影响局部碱度和CO₂RR选择性（LC-diff）。此外，聚合物和MOF能够显著改变催化点（LC-reg）附近溶液组分的浓度，同时，其官能团可以通过非共价（去）稳定（NCI-im）与催化位点相互作用。

5）作者最后展望了下一代电催化和光催化CO₂RR未来的研究方向。

Wagner, A., Sahm, C.D. & Reisner, E. Towards molecular understanding of local chemical environment effects in electro- and photocatalytic CO2 reduction. Nat Catal (2020)

DOI：10.1038/s41929-020-00512-x

https://doi.org/10.1038/s41929-020-00512-x