目前，对于传统热催化还原CO2的研究主要集中于高活性、高选择性、高稳定性催化材料的开发及催化机理的研究，产物主要以一氧化碳（CO）、甲醇（CH3OH）低碳烯烃和烃类燃料为主。通过逆水煤气（RWGS）反应产CO具有很高的灵活性，因为产物CO又可以重新作为反应物用于甲醇及烃类的生产。但是，RWGS反应是典型的吸热反应，需要在较高温度条件下进行，因此，RWGS反应的研究主要集中在如何克服反应动力学障碍以获得更高的CO产率方面；CO2转化为甲醇是最直接的CO2利用路线，因为甲醇可以直接作为燃料添加剂、燃料替代品以及许多通用化学品的前驱体。虽然CO2通过加氢的方式合成甲醇的反应是放热过程，但在低温条件下反应又会受到动力学因素的限制。

CO2转化为不同产品的两种主要路径

1、逆水煤气反应产一氧化碳
典型的RWGS反应催化剂通常将活性组分高度分散在金属氧化物载体表面，通过增大金属–载体界面来提高催化剂活性。研究表明，RWGS反应产CO可能存在两种不同的反应路径，一是氧化还原机理（以活性金属Cu为例），在催化剂表面CO2将CuO氧化为Cu+的同时产生CO，然后H2再将Cu+还原为CuO并生成H2O；另外一种更为广泛认可的是甲酸盐分解机理，CO2首先通过加氢生成甲酸盐，然后C=O双键断裂生成CO。因此，高效的RWGS反应催化剂应该同时具有良好的加氢活性与断裂C=O双键活性。其中金属颗粒负载的金属氧化物催化剂由于金属较好的H2解离能力及其与载体之间的氢溢流效应而得到广泛应用。基于以上提出的反应机理，常用的催化剂体系有Cu基催化剂、贵金属催化剂及以CeO2为载体的催化剂。

2、CO2加氢产甲醇
通过RWGS反应实现CO2加氢到甲醇（CAMERE）可以达到每年约75Mt的产量。整个过程首先需要在ZnAl2O4上进行RWGS反应，除去水气后在Cu/ZnO/ZrO2/Ga2O3上进行甲醇合成的反应，该过程虽然可以得到一定量的甲醇，但需要两种催化剂及反应器，具有较高的成本。因此，目前研究主要集中在Cu基催化剂上的CO2直接加氢到甲醇方面。结果表明，Cu基催化剂的催化活性具有明显的结构敏感性，不同的元素组成、晶面暴露、界面结构主要影响到CO2的吸附及活化过程，进而影响甲醇选择性及产率。在机理研究的基础上，许多研究还通过添加助剂或采用其他催化体系的方式增强催化剂对CO2的吸附活化性能及产物甲醇的选择性。

3、费托反应产烃类 
另外一种CO2催化还原的路径是通过CO2加氢的费托反应（CO2-FT）产烷烃或烯烃。目前，在每年产生200Mt烯烃的同时还会排放出1.2–1.8吨的CO2，通过CO2-FT路径可以在制备烯烃的同时减少CO2的排放。但高活性CO2-FT反应催化剂的设计十分困难，理想的催化剂必须同时具备高RWGS反应活性及高FT反应活性，而且只有当FT反应过程可以足够快的转化RWGS反应生成的CO时，才能打破RWGS反应的热力学限制从而实现更高的CO2转化率。传统通过合成气的FT反应（CO-FT）常用的催化剂以Fe基催化剂（高温时）和Co基催化剂（低温时）为主，对比它们催化CO-FT和CO2-FT的活性可知，CO的转化率（最高至87%）要显著高于CO2的转化率（最高45%），这说明当反应的碳源从CO变为CO2后，需要在传统FT反应催化剂基础上设计开发新的催化剂以提高反应活性。目前关于CO2-FT反应催化剂的研究以Fe基催化剂为主，与Co基催化剂相比，Fe基催化剂具有更高的CO2转化率及高碳烯烃选择性，Fe基催化剂性能的提升主要是由于提高了RWGS反应的活性而引起的，但关于反应过程中Fe基催化剂的活性中心是氧化铁还是氧化亚铁仍然存在较大分歧。除产高碳烯烃外，CO2直接甲烷化在一些特定地区也具有十分重要的研究价值。CO2甲烷化反应的研究以Ni基催化剂为主，另外部分贵金属（如Ru、Rh）则表现出更高的低温催化活性。
CO2催化还原最重要的是选择性的问题，想要提高特定产物的选择性需要综合考虑反应的动力学、热力学及中间产物。针对不同的CO2还原路径，高活性、选择性及稳定性催化剂的设计仍然存在着许多问题，具体如下：（1）催化剂表面反应关键中间体的稳定；（2）原位手段对反应过程的表征及机理的研究；（3）低成本催化剂的开发；（4）催化剂抗水、抗中毒性能的提升；（5）开发无CO2排放的新型H2源等。其中，通过原位手段对反应过程的表征及机理的研究是解决问题的关键。

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