二氧化碳还原是指在催化剂的作用下，使浓缩的二氧化碳气体与氢气在高温下反应转化为水的技术。要实现氧回路的闭合，二氧化碳还原为水的环节是关键技术。

　　能源短缺和环境污染是人类社会发展面临的严峻问题。当前世界的能源消耗仍是以化石能源为主。日益增多的人类活动不仅会加快化石燃料的消耗，还会造成大气中以CO2为主的温室气体排放量增加，打破自然界的碳平衡。自19世纪末期以来，大气中CO2的浓度已从280 ppm增加至目前的400 ppm。在此背景下，探索有效的降低大气中CO2浓度的技术已成为各国政府和科学家的重点研究方向。在几种可行的策略中，通过电化学或光化学手段进行二氧化碳还原并使之转变成对人类有益的碳氢化合物燃料的技术尤其具有吸引力。因为这两种方法可以在常温常压下进行，所需的能量可以直接或间接地由太阳能等可再生能源提供，真正实现碳元素的循环使用。虽然二氧化碳还原和光催化还原这两种策略的技术路线不同，但是其本质是一样的：即如何激活惰性的 CO2 分子并促使进其还原转化。此外，光催化过程的电子迁移和CO2活化过程本质上就是一个电化学过程，并且可以通过适当的助催化剂来增强。

　　化石能源的大量消耗伴随着温室气体二氧化碳（CO2）的加剧排放，而CO2作为储量丰富的化工原料，可用于合成多种精细化学品及C1化学燃料。倘使人们能够利用CO2作为储氢介质，将其转化为特定的燃料物质，例如甲醇（CH3OH）、甲烷（CH4）等，不仅可以有效缓解能源需求的压力，从净结果来看还可以减少温室气体的排放，达到一箭双雕的效果。二氧化碳还原是吸热过程，反应中利用可再生能源提供的能量是完成这一转化的必要条件。

　　为了解决所述问题，人们采用电解法将氧气的生成反应与二氧化碳还原反应在不同电极上分开进行的方式，两侧均进行催化光照，然而此时不仅生成氧气的阳极(光化学电极)需要进行催化光照，阴极也要进行催化光照，因不同的光触媒需要的光照波长不一致而导致设备上的光照效率分散，至少有一侧产生的电量不足，因而至少一个电极需要将太阳能电池与传统电源等外部电源进行并用。