问题——“双碳”目标与能源结构转型背景下，如何将二氧化碳就地转化为燃料和化工原料，被视为兼具减排与增值潜力的重要路径。太阳能驱动的光催化二氧化碳还原因清洁、可持续受到关注，但现实困境同样突出：可同时满足高效率、高选择性、长寿命与低成本的催化体系依然稀缺，实验室阶段成果距离工业化仍有明显“鸿沟”。 原因——综述聚焦石墨相氮化碳该代表性无金属半导体材料。该材料具有合成相对简便、带隙可调、可见光响应较好等特点，近年来在二氧化碳还原制备一氧化碳、甲烷、氢气等C1产物上积累了大量研究。作者总结中提出，将热力学因素与动力学过程放在同一框架内审视，有助于解释“为何某些改性带来活性提升，却难以同步实现选择性与稳定性突破”。 在动力学层面，对应的研究主要围绕表面功能化、分子结构调控、晶体取向与形貌优化、助催化剂负载以及异质结构构建等展开，核心目标是改善光生载流子分离与迁移，提高反应速率。在热力学层面，决定反应方向与难易的关键变量包括二氧化碳吸附强度、能带边位置以及电荷转移路径等。综述同时提示，光照强度、牺牲剂种类、电解质pH等反应条件会显著改变产物分布，部分研究结果差异并非仅由材料本身导致，而是“材料—条件”耦合效应的体现。 影响——过去十年间，g-C3N4基催化剂在部分指标上实现跨越式提升，个别体系的转化频率已达到较高水平，显示出材料平台的可塑性与潜在上限。然而，面向产业需求的关键指标仍显不足：其一，高附加值的C2及以上产物（如乙烯、乙烷）选择性普遍偏低；其二，循环稳定性不足，反应持续时间多停留在小时量级，难以适配连续化、规模化工况；其三，不同实验之间的测试条件与检测方法不尽一致，导致成果可比性与可复现性受到影响。这些因素叠加，使该技术从实验室走向工程示范面临不确定性。 对策——综述将瓶颈概括为三上：光生电荷快速复合导致量子效率受限；二氧化碳吸附“过弱或过强”都会抑制关键中间体形成；表面活性位点相对单一，难以高活性与高选择性之间取得平衡。针对上述短板，作者提出从“单点材料优化”转向“系统协同设计”的思路，即把催化剂、电解质、光源与产物检测视作一个耦合系统协同提升。 一是强化界面工程，通过二维材料边缘、缺陷位点等构筑可控的反应微区，提升电荷定向转移与反应中间体稳定能力。二是引入动态配位与可调结构单元，例如金属有机框架、共价有机框架等可响应环境变化的结构，以在反应过程中动态调节二氧化碳吸附与活化强度，避免“吸不住”或“放不下”。三是加强原位、实时表征与机理追踪，借助时间分辨红外、X射线吸收精细结构等手段监测中间体覆盖度与电荷迁移轨迹，以数据驱动的方式指导材料与反应条件协同优化，减少经验试错成本。 前景——在路线规划上，综述提出分阶段推进思路：短期侧重建立“结构—性能—光谱”数据库，提升数据标准化与筛选效率；中期瞄准连续流反应器场景，提高C2+产物选择性并显著延长稳定运行时间；长期探索示范装置与碳捕集网络的耦合，推动在工业园区等应用端实现集成验证。业内认为，光催化二氧化碳还原要形成可复制的工程路径，关键在于统一评价体系、完善能效与碳效核算、强化跨学科协同，并在放大试验中回答“效率从何而来、损失发生在哪、成本能否下降”三类问题。
光催化二氧化碳还原技术正从实验室走向工程化，其发展需以机理研究为基础，通过系统化设计和标准建立，推动“人工光合作用”成为绿色转型的实用解决方案。