由于对能源枯竭和随之而来的二氧化碳排放量增加的担忧日益增加，碳捕获和利用技术受到了极大的关注。在提出的各种方法和方案中，可见光驱动的 CO₂ 还原与水氧化相结合，是人工光合作用的代表性模型之一，是一种有吸引力的解决方案，因为它可以利用丰富的水和取之不尽的太阳能来生产增值化学品。

有鉴于此，东京工业大学Kazuhiko Maeda教授和Osamu Ishitani等人，总结了用于可见光CO₂还原的分子/半导体杂化材料的研究进展。

本文要点

1）描述了开发用于 CO₂ 还原的混合光催化剂和光电极的方法。已经分别开发了分子(光)催化剂和半导体光催化剂，其中半导体光催化剂也被设计用于可见光水分解。例如，在单个分子中同时具有光敏剂和催化剂单元的超分子光催化剂可以在均相系统中将 CO₂ 还原为甲酸盐或 CO，对所需产物具有高选择性，且量子产量高达数十个百分点。然而，非氧化物半导体如 C/N 基聚合物和混合阴离子化合物在可见光下表现出很强的光氧化能力。精心设计的分子/半导体杂化材料即使在二氧化碳浓度低但质子浓度高的水性环境中，也能在可见光下以高产品选择性和稳定性实现二氧化碳还原。通过构建包括分子光电阴极和n型半导体光电阳极的光电化学电池，可以将可见光CO₂还原与H₂O氧化相结合。

2）分子金属配合物和半导体是很有前途的光催化剂候选材料，可以将二氧化碳还原为CO、甲酸盐、甲醛或其他碳氢化合物。尽管分子金属配合物和半导体都有优缺点，但它们的弱点(低氧化能力和低还原反应选择性)可以通过构建合适的分子/半导体杂化材料来克服。然而，在抑制不利的反向电子转移事件的同时促进分子/半导体结处的电子转移是具有挑战性的。因此，尽管开发了大量可见光驱动的半导体和分子光催化剂（或催化剂），但显示出合理水平的可见光光催化活性的分子/半导体混合系统的数量是有限的。

参考文献：

Akinobu Nakada, et al. Molecule/Semiconductor Hybrid Materials for Visible-Light CO₂ Reduction: Design Principles and Interfacial Engineering. Acc. Mater. Res., 2021.

DOI: 10.1021/accountsmr.1c00060

https://doi.org/10.1021/accountsmr.1c00060