工业革命以后，化石燃料燃烧使大气中温室气体含量迅速增长，导致与全球变暖相关的激烈环境问题，如气候变化和海水酸化等。此外，化石燃料的枯竭伴随着不可持续的碳排放将带来能源危机。同时CO₂不仅是最主要的温室气体之一，也是一种潜在的碳资源，因此将CO₂转化为高附加值的化工原料和碳氢燃料的研究倍受关注^[1]。

CO₂是一个典型的线性三原子非极性分子，其中碳原子和氧原子都具有特殊的电负性，且使得氧原子产生负极化，而碳原子中心又出现了部分正电荷，因此CO₂分子是非常稳定的。但是，CO₂中的C又处于 4价的最高氧化态，所以理论上是可以被还原的^[2]。

目前，在CO₂转化方面，有光催化还原^[3]、电催化、太阳能热化学转化、生物化学转化和热催化等方法。利用传统化学方法转换CO₂需要提供能量和氢气，耗能和成本较高，而采用电催化方法还原CO₂，可以在比较温和条件下一步直接获得一氧化碳、碳氢化合物、甲醇等高值化学品和液体燃料。同时，该过程与可再生能源或富余核能利用相结合，实现大规模电能储存，表现出极具潜力的应用前景^[4]。

CO₂的还原机理是水中的质子转移到CO₂激发态离子的氧原子上，同时脱去羟基，然后再得一个电子，最后产生一个吸附态的CO。而在金属上，CO₂倾向于还原成甲酸。在这种情况下，碳原子充当路易斯碱，再得一个电子，就得到甲酸^[5]。这两个机理如图1所示。

影响电催化CO₂的关键因素是催化剂，常用催化剂可分为金属催化剂和非金属催化剂。

非金属催化剂尤其是碳基纳米催化剂因为自身独特的优势^[6]，近年来受到了人们的广泛关注。碳基纳米催化剂主要优势有结构多样，环境友好，比表面积大，活性位点突出，物理化学性能稳定，导电性能良好，价格低廉及储量丰富等。近几年已经出现纯碳材料作为催化剂的研究。除此之外，研究者们对导电聚合物、酶和金属有机分子也展开了较为深入的研究。

金属催化剂包括金属氧化物催化剂、金属硫化物催化剂、金属掺杂碳催化剂等^[7]。鉴于金属电极所具有的良好导电能力，易于制备而受到学者们的广泛青睐。不同金属表面产生的产物不同，即产物选择性不同。此外，碳材料作为基底，也广泛应用于本领域，其与金属的结合减少了金属的使用量和利用率，并影响金属催化剂对还原产物的选择性。

金属催化剂一直以来在CO₂电还原领域被广泛研究与应用。然而不同种类的金属电极因为对中间产物的稳定能力不同，而导致最终产物的选择性也有很大的差异，金属催化剂可以分为四组：第一组主要为汞、铋等，甲酸为主要产物；第二组为金、银、锌等，CO为主要产物；第三组为镍、铁、铂等，H₂为主要产物；第四组是铜，甲烷和乙烯为主要产物^[8]。