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電催化還原CO₂發展成為廣闊的領域，電催化CO₂還原包括了酶催化的基礎研究、分子催化劑、異相氣體擴散電極等制備商業量級產品等方面。這些廣泛的領域導致需要使用不同類型催化劑，并且導致這些相關的領域之間產生差距。生物酶具有表征清楚明確的結構位點，在催化反應中能夠以高選擇性和高活性的在熱力學受限情況下工作。同時能夠合成小分子的催化劑能夠設計具有特定活性位點組成，但是仍無法實現酶類似的催化活性。

異相催化劑的性質和特點與生物酶催化劑和分子催化劑不同，異相催化劑通常含有多個結構沒有揭示清楚的催化活性位點，而且這些催化活性位點可能具有明顯區別的反應性質，因此導致異相催化劑的催化活性研究非常困難。

但是，伴隨著這些催化劑體系的認識更加深入，并且異相催化劑的催化位點的性質不斷改善，因此異相催化劑與酶催化劑之間的鴻溝變得更小。通過不同催化劑之間的匯聚能夠消除不同催化劑種類的壁壘。隨著生物酶催化劑-合成催化劑結合催化劑的統一譜圖，未來催化領域面臨的挑戰可能更好的解決。

有鑒于此，劍橋大學Erwin Reisner等通過對酶催化劑、異相催化劑、分子催化劑三種催化劑領域的長期研究，比較了這些催化劑的類似和區別，總結了這些催化劑領域的進展情況，有助于在這些不同催化劑領域之間建立橋梁。

主要內容：

（1）

電化學還原CO₂是目前非常活躍和快速發展的領域，研究內容包括酶催化、分子催化、異相催化等內容，而且涵蓋多種多樣的催化器件結構。雖然這些催化劑驅動類似的催化反應，但是這些催化體系的性質和特點具有顯著區別，而且有著各自不同的挑戰和難點。酶催化劑具有優異催化劑的特征，包括明確的多級配位結構，具有非常好的催化位點環境、電子轉移、質子轉移、反應物和產物轉移進行控制的能力。異相催化劑以及分子催化劑缺乏優異的配位環境結構，但是這些缺陷和不足能夠通過催化體系的設計（包括調節電極/催化劑界面、局部環境、電極結構和器件結構）進行彌補。這些催化體系的設計涵蓋不同尺度，并且需要與催化劑的性質相互調節，而且并沒有普遍適用的解決方案。

（2）

目前最優秀的CO₂電解槽器件嘗試利用酶催化劑結構的關鍵特點，包括分子尺度控制反應物、質子，控制疏水性和親水性。需要注意的是，酶催化劑、電解槽器件的控制分別在納米尺度、微米或毫米尺度。

參考文獻

Samuel J Cobb, Santiago Rodriguez Jimenez, Erwin Reisner, Connecting Biological and Synthetic Approaches for Electrocatalytic CO₂ Reduction, Angew. Chem. Int. Ed. 2023

DOI: 10.1002/anie.202310547

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202310547