二氧化碳還原是指在催化劑的作用下，使?jié)饪s的二氧化碳?xì)怏w與氫氣在高溫下反應(yīng)轉(zhuǎn)化為水的技術(shù)。要實(shí)現(xiàn)氧回路的閉合，二氧化碳還原為水的環(huán)節(jié)是關(guān)鍵技術(shù)。

　　能源短缺和環(huán)境污染是人類社會發(fā)展面臨的嚴(yán)峻問題。當(dāng)前世界的能源消耗仍是以化石能源為主。日益增多的人類活動不僅會加快化石燃料的消耗，還會造成大氣中以CO2為主的溫室氣體排放量增加，打破自然界的碳平衡。自19世紀(jì)末期以來，大氣中CO2的濃度已從280 ppm增加至目前的400 ppm。在此背景下，探索有效的降低大氣中CO2濃度的技術(shù)已成為各國政府和科學(xué)家的重點(diǎn)研究方向。在幾種可行的策略中，通過電化學(xué)或光化學(xué)手段進(jìn)行二氧化碳還原并使之轉(zhuǎn)變成對人類有益的碳?xì)浠衔锶剂系募夹g(shù)尤其具有吸引力。因?yàn)檫@兩種方法可以在常溫常壓下進(jìn)行，所需的能量可以直接或間接地由太陽能等可再生能源提供，真正實(shí)現(xiàn)碳元素的循環(huán)使用。雖然二氧化碳還原和光催化還原這兩種策略的技術(shù)路線不同，但是其本質(zhì)是一樣的：即如何激活惰性的 CO2 分子并促使進(jìn)其還原轉(zhuǎn)化。此外，光催化過程的電子遷移和CO2活化過程本質(zhì)上就是一個(gè)電化學(xué)過程，并且可以通過適當(dāng)?shù)闹呋瘎﹣碓鰪?qiáng)。

　　化石能源的大量消耗伴隨著溫室氣體二氧化碳（CO2）的加劇排放，而CO2作為儲量豐富的化工原料，可用于合成多種精細(xì)化學(xué)品及C1化學(xué)燃料。倘使人們能夠利用CO2作為儲氫介質(zhì)，將其轉(zhuǎn)化為特定的燃料物質(zhì)，例如甲醇（CH3OH）、甲烷（CH4）等，不僅可以有效緩解能源需求的壓力，從凈結(jié)果來看還可以減少溫室氣體的排放，達(dá)到一箭雙雕的效果。二氧化碳還原是吸熱過程，反應(yīng)中利用可再生能源提供的能量是完成這一轉(zhuǎn)化的必要條件。

　　為了解決所述問題，人們采用電解法將氧氣的生成反應(yīng)與二氧化碳還原反應(yīng)在不同電極上分開進(jìn)行的方式，兩側(cè)均進(jìn)行催化光照，然而此時(shí)不僅生成氧氣的陽極(光化學(xué)電極)需要進(jìn)行催化光照，陰極也要進(jìn)行催化光照，因不同的光觸媒需要的光照波長不一致而導(dǎo)致設(shè)備上的光照效率分散，至少有一側(cè)產(chǎn)生的電量不足，因而至少一個(gè)電極需要將太陽能電池與傳統(tǒng)電源等外部電源進(jìn)行并用。