二氧化碳可能成为制造维持社会所需的燃料、商品和医药化学品的可再生原料。如果能够解决实现这一目标的挑战，就能实现基于可再生能源和二氧化碳的循环经济。化学在解决这些关键科学挑战中发挥核心作用。首要任务是开发高选择性，快速而有效的将CO₂还原为有价值的产品的方法，例如一氧化碳（CO），甲酸（HCOOH），甲醇（CH₃OH），甲烷（CH₄），乙醇（CH₃CH₂OH）和乙烯（C₂H₄）。催化剂的开发是实现这一目标的关键，并且通过均相和非均相化学方法广泛寻求各种方法。实现电化学或光化学驱动的二氧化碳转换仍然是一个巨大的挑战，特别是如果考虑到未来的大规模应用需要大量的材料。在各种催化剂中，分子催化剂的使用，如过渡金属配体配合物，允许微调螯合能力和配体的空间、电子和静电效应，从而为进行全面的机械学和光谱学研究打开了广阔的大门。

有鉴于此，巴黎大学的M. Robert等人，以Co，Fe和Ni卟啉，酞菁和聚吡啶配合物等化合物催化剂为焦点，阐明、讨论和强调了电化学和光驱动的二氧化碳催化还原过程。

要点1. 值得注意的是，从酞菁和卟啉开始，大量的过渡金属如铁、锰、钴、铜或镍等具有CO₂催化还原活性的金属在20世纪70年代早期就已经被研究过了。尽管能够超越传统的2电子2质子还原产物(CO和甲酸)的分子催化剂仍然稀缺，但在过去15年里，这些研究的复兴带来了大量的工作和令人兴奋的新结果。

要点2. 氮杂环类大环配体（如卟啉和酞菁）以及聚吡啶配体已得到广泛研究，并在电化学条件下以及在使用合适的敏化剂和牺牲电子供体的光刺激下均显示出良好的结果。最近在大电流密度(>150 mA cm⁻²)下运行的电解槽中使用分子催化剂的做法，为设计能够推向市场的实际设备开辟了新的可能性。另外，最近已经出现了能够产生高度还原的产物（例如甲醇和甲烷）的分子催化剂的第一个实例。

要点3. 在有机溶剂和水中，由氮杂大环和多吡啶配体协调的Co、Fe和Ni对电化学和可见光驱动的CO₂还原CO和甲酸酯具有很高的反应活性。稳定的催化剂一旦固定在导电载体上，就表现出出色的稳定性，可以保持一天。电化学电池中高电流密度的实现为工业规模的器件设计打开了一扇门。分子催化剂与半导电粒子或本体电极相连接的杂化材料最近也取得了进展。这类材料的研究无疑是一个可以从均相和异相催化的协同组合中受益的领域。

E. Boutin et al. Molecular catalysis of CO2 reduction: recent advances and perspectives in electrochemical and light-driven processes with selected Fe, Ni and Co aza macrocyclic and polypyridine complexes. Chem. Soc. Rev., 2020.

DOI: 10.1039/D0CS00218F

https://doi.org/10.1039/D0CS00218F