二氧化碳作为一种温室气体，对全球气候变化具有至关重要的影响。因此，减少其排放和/或将其转化为增值化学品对社会至关重要。可以通过开发电化学催化方法来实现这一目标，该方法显示出在合成CO和从CO₂共合成H₂（合成气）方面的初步成功。但是，要进一步使技术发展到更复杂的碳氢化合物（可能是燃料）和更复杂的有机分子，以用于橡胶/树脂和塑料的工业化学合成，甚至是药物的精细化学合成，就必须设计催化结构。一种方法包括执行通过酶或微生物催化的化学反应将CO和小醇与所需产物连接起来的所需步骤，从而将它们与用于CO₂还原初始步骤的电催化剂结合起来。

有鉴于此，加州大学欧文分校Plamen Atanassov等人，综述了用于二氧化碳还原和转化的电催化和生物催化的级联催化混合。

本文要点

1）讨论了用于这些级联反应的电催化剂，酶和细菌。无机催化剂可直接用于二氧化碳还原的初始步骤，生成甲酸盐，一氧化碳和甲醇，然后可通过使用酶促催化剂（例如碳酸酐酶和甲酸盐脱氢酶，甲醛脱氢酶和醇脱氢酶）进一步还原。

2）甲酸盐、一氧化碳和甲醇也可以转化为乙酰辅酶a和丙酮酸盐，它们是生产各种至关重要的化学品的关键中间体。此外，如果使用化能自养细菌，则前者可以用作生物质的原料。这里特别强调了级联中使用的不同类型电催化剂的相容性:多相电催化剂(金属和金属氧化物/碳化物/亚硝酸盐，原子分散过渡金属-氮-碳等)，酶催化剂(单独纯化的酶或多酶复合物)，细菌细胞（不同类别的纯培养物或混合培养物，浮游生物或生物膜的形成），以及它们在形成目标产物所需的单床反应器或多反应器单元中的整合。在描述性“连接图”中总结了电催化剂和相关的级联反应路径，确定了最重要的反应路径。

参考文献：

Shengyuan Guo, et al. Catalytic Hybrid Electrocatalytic/Biocatalytic Cascades for Carbon Dioxide Reduction and Valorization. ACS Catal., 2021.

DOI: 10.1021/acscatal.0c04862

https://doi.org/10.1021/acscatal.0c04862