电催化还原CO₂发展成为广阔的领域，电催化CO₂还原包括了酶催化的基础研究、分子催化剂、异相气体扩散电极等制备商业量级产品等方面。这些广泛的领域导致需要使用不同类型催化剂，并且导致这些相关的领域之间产生差距。生物酶具有表征清楚明确的结构位点，在催化反应中能够以高选择性和高活性的在热力学受限情况下工作。同时能够合成小分子的催化剂能够设计具有特定活性位点组成，但是仍无法实现酶类似的催化活性。

异相催化剂的性质和特点与生物酶催化剂和分子催化剂不同，异相催化剂通常含有多个结构没有揭示清楚的催化活性位点，而且这些催化活性位点可能具有明显区别的反应性质，因此导致异相催化剂的催化活性研究非常困难。

但是，伴随着这些催化剂体系的认识更加深入，并且异相催化剂的催化位点的性质不断改善，因此异相催化剂与酶催化剂之间的鸿沟变得更小。通过不同催化剂之间的汇聚能够消除不同催化剂种类的壁垒。随着生物酶催化剂-合成催化剂结合催化剂的统一谱图，未来催化领域面临的挑战可能更好的解决。

有鉴于此，剑桥大学Erwin Reisner等通过对酶催化剂、异相催化剂、分子催化剂三种催化剂领域的长期研究，比较了这些催化剂的类似和区别，总结了这些催化剂领域的进展情况，有助于在这些不同催化剂领域之间建立桥梁。

主要内容：

（1）

电化学还原CO₂是目前非常活跃和快速发展的领域，研究内容包括酶催化、分子催化、异相催化等内容，而且涵盖多种多样的催化器件结构。虽然这些催化剂驱动类似的催化反应，但是这些催化体系的性质和特点具有显著区别，而且有着各自不同的挑战和难点。酶催化剂具有优异催化剂的特征，包括明确的多级配位结构，具有非常好的催化位点环境、电子转移、质子转移、反应物和产物转移进行控制的能力。异相催化剂以及分子催化剂缺乏优异的配位环境结构，但是这些缺陷和不足能够通过催化体系的设计（包括调节电极/催化剂界面、局部环境、电极结构和器件结构）进行弥补。这些催化体系的设计涵盖不同尺度，并且需要与催化剂的性质相互调节，而且并没有普遍适用的解决方案。

（2）

目前最优秀的CO₂电解槽器件尝试利用酶催化剂结构的关键特点，包括分子尺度控制反应物、质子，控制疏水性和亲水性。需要注意的是，酶催化剂、电解槽器件的控制分别在纳米尺度、微米或毫米尺度。

参考文献

Samuel J Cobb, Santiago Rodriguez Jimenez, Erwin Reisner, Connecting Biological and Synthetic Approaches for Electrocatalytic CO₂ Reduction, Angew. Chem. Int. Ed. 2023

DOI: 10.1002/anie.202310547

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202310547