综述：二氧化碳催化转化为燃料化学品的研究进展、挑战与未来方向

这篇综述系统探讨了CO2催化转化为C1燃料化学品（如甲醇、甲烷、甲酸）的技术进展，聚焦热催化（thermal catalysis）、电催化（electrocatalysis）和光催化（photocatalysis）三大路径，分析了多相催化剂（heterogeneous catalysts）在实现“双碳”目标和能源安全中的关键作用，同时指出规模化应用面临的效率与经济性挑战。

　　

CO₂催化转化技术

二氧化碳的线性对称结构和高达799 kJ/mol的C=O键能使其具有极强的化学惰性。目前主要通过热催化、电催化和光催化三种技术路径激活CO₂分子。热催化凭借成熟的工业应用基础，在CO₂加氢制甲醇等领域占据主导地位；电催化利用可再生能源电力驱动反应，符合可持续发展理念；光催化则直接利用太阳光能，但量子效率仍需提升。

甲醇合成的工业价值

作为关键的C₁平台化合物，甲醇不仅是生产甲醛、乙酸等化工产品的原料，还可作为液态有机氢载体（LOHC）。铜基催化剂（Cu/ZnO/Al₂O₃）在CO₂加氢制甲醇中表现优异，其活性位点与反应中间体（如甲氧基HCOO*）的相互作用机制已被深入研究。

甲烷化反应的环境意义

CO₂甲烷化技术可将温室气体转化为清洁能源。镍基催化剂（Ni/Al₂O₃）通过形成金属-载体强相互作用（SMSI）提升CH₄选择性，但高温导致的烧结问题仍需解决。该过程涉及CO₂逐步加氢生成CO*中间体，最终经碳氧键断裂形成CH₄。

甲酸生产的跨领域应用

甲酸不仅是重要的化工原料，在氢能存储领域也展现出潜力。均相钌催化剂（Ru-PNP配合物）在低温低压下可实现CO₂高效转化，但贵金属成本制约其工业化应用。

商业化进程的瓶颈

尽管全球已建成多个万吨级CO₂制甲醇示范项目，但催化剂寿命（<1000小时）和反应能耗（>50 kWh/kg产品）仍是产业化障碍。新型树枝状多相催化剂（dendrimer-based systems）因其多级孔道和可调控活性中心，成为突破选择性瓶颈的研究热点。

未来发展方向

开发非贵金属催化剂、优化反应器设计（如微通道反应器）、耦合可再生能源电力被普遍认为是推动CO₂转化技术落地的关键。通过跨学科合作解决催化剂稳定性与过程经济性的矛盾，将加速实现“碳中和”目标下的碳资源循环利用。