综述：可持续CO2转化工艺的现状与未来展望及其应用前景

这篇综述系统阐述了CO2捕获与转化技术的最新进展，重点探讨了热化学、电化学（ECR）、光化学（PEC）和生物转化等路径的催化剂设计、系统集成与可再生能源耦合策略，为构建碳中和未来提供了多学科交叉的技术路线图。文章特别强调了人工智能（AI）在材料发现和工艺优化中的变革性作用，并提出了规模化应用面临的挑战与解决方案。

　　

可持续CO₂转化技术的前沿进展

CO₂捕获与预处理技术

先进吸附材料如金属有机框架（MOF）和共价有机框架（COF）展现出卓越的CO₂捕获能力。其中胺功能化材料如聚乙烯亚胺（PEI）修饰的介孔二氧化硅在90°C下吸附量达4.73 mmol/g，而TEA处理的Mg-MOF-74晶体更实现了350 mg/g的CO₂吸附容量。预处理技术中，压力/温度摆动吸附（PSA/TSA）与膜分离联用可显著提高原料气纯度，将再生能耗降至2.3 MJ/kg(CO₂)。

热化学转化突破

铜基催化剂在CO₂加氢制甲醇中表现突出，Cu/ZnO/Al₂O₃在200-300°C、50-100 bar条件下实现23%转化率。双金属催化剂如Pt-Co/CeO₂将RWGS反应的CO选择性提升至100%。值得注意的是，Ni-MgO/ZrO₂催化剂在300°C实现95% CO₂转化率和100%甲烷选择性，但面临烧结积碳挑战。

电化学系统革新

纳米结构电极将电化学活性表面积（ECSA）最大化，Cu@N_xC催化剂使C₂产物法拉第效率（FE）达80%。连续流光电化学（CFPEC）反应器较传统批次系统提升CO产率16倍。3D打印电极技术为定制化设计开辟新途径，而Cu/ZnO串联电极将乙烯FE提升至72.85%。

光催化技术演进

S型异质结催化剂如BiOBr/g-C₃N₄使CO产率较体相g-C₃N₄提高8.1倍。晶体相工程银纳米晶（Ag NCs）在硅异质结光电阴极上实现97.4%的CO FE。三元杂化材料NiAl-LDH@TiO₂/Ti₃C₂更展现出全光谱响应特性。

生物转化路径

工程化微生物如Cupriavidus necator通过卡尔文循环将CO₂转化为生物塑料PHB。蓝藻Arthrospira platensis在光生物反应器中实现>90% CO₂捕获率和0.45 g/L/day生物量产率。碳ic anhydrase模拟酶将转化能耗降低48.5 kJ/mol。

系统集成与AI赋能

直接空气捕获（DAC）与电解耦合使整体能耗降低44%。机器学习模型如XGBoost成功预测Cu-Al催化剂将乙烯FE提升至52%。非热等离子体（NTP）技术中微波放电系统实现60%能效，但转化率仍需提升。

技术经济分析表明，当氢价降至900美元/吨、电价低于0.01美元/kWh时，CO₂制航空燃料（SAF）成本可降至2.25美元/加仑。政策层面，碳税需达500欧元/吨CO₂才能使SAF具备商业竞争力。