综述：金属氧化物形貌与界面调控在电化学CO2 转化中的研究进展

这篇综述系统阐述了金属氧化物（MO）基电催化剂在CO2 电化学还原反应（CO2 RR）中的最新进展，重点探讨了晶体结构（晶面、缺陷、自旋态）、界面工程与形貌调控对催化活性位点设计的影响，并提出了通过原位表征与密度泛函理论（DFT）结合揭示C1 /C2+ 产物选择性的机制，为碳捕获与利用（CCU）技术提供理论指导。

　　

Abstract
电化学CO₂
还原反应（CO₂
RR）因其在碳捕获与利用（CCU）中的潜力成为研究热点。金属氧化物（MO）凭借可调的晶体结构和丰富的活性位点（如氧空位、不饱和配位点）展现出独特优势。然而，合成-结构-活性间的复杂关系仍需深入解析。本文从晶体工程（晶面、缺陷、自旋态）、合成策略、结构-活性关系、多质子/电子转移机制（如CO₂
→CO/CH₄
/C₂
H₄
等）及催化剂性能（法拉第效率、电流密度）四方面展开讨论，强调原位表征与理论计算的协同作用。

Introduction
全球CO₂
浓度攀升（预计2100年达950 ppm）亟需高效CCU技术。MO基催化剂通过形貌调控（核壳结构、中空纳米笼）和界面优化（掺杂、晶界）显著提升CO₂
RR选择性与稳定性。例如，特定孔结构可限域中间体，而暴露(110)晶面的Cu₂
O能将C₂
H₄
产率提高3倍。动态重构现象和界面电子转移仍是机制研究的难点。

Advantages of electrochemical CO₂
RR
相较于热催化（需200-800°C高温）和光催化（效率低），电催化可在常温常压下实现CO₂
定向转化。MO催化剂通过调控氧空位浓度（如CeO_2-x
）可优化*COOH中间体吸附能，使CO选择性达95%。

Control of MO-based morphology
水热法合成的ZnO纳米线因高长径比暴露更多(002)活性晶面，而模板法制备的Co₃
O₄
中空球体通过限域效应促进C₂
H₅
OH生成。缺陷工程中，等离子体处理引入的硫空位可将SnO₂
的HCOOH产率提升至80%。

Active site engineering
Cu₂
O(100)晶面优先生成CH₄
，而(111)晶面利于C₂
H₄
形成。Fe-N₄
单原子位点通过降低*CO二聚能垒促进C-C耦合，C₂₊
法拉第效率达75%。

Current challenges
工业级电流密度（>200 mA/cm²
）和C₂₊
产物选择性（>90%）仍是瓶颈。建议开发多孔导电载体（如石墨烯/MO杂化材料）和原位光谱联用技术。

Conclusions
未来研究需聚焦MO动态演变过程的原子级观测，以及机器学习辅助的高通量催化剂设计，推动CO₂
RR从实验室走向工业化。