二氧化碳還原是指在催化劑的作用下，使濃縮的二氧化碳氣體與氫氣在高溫下反應轉化為水的技術。要實現氧回路的閉合，二氧化碳還原為水的環節是關鍵技術。

　　能源短缺和環境污染是人類社會發展面臨的嚴峻問題。當前世界的能源消耗仍是以化石能源為主。日益增多的人類活動不僅會加快化石燃料的消耗，還會造成大氣中以CO2為主的溫室氣體排放量增加，打破自然界的碳平衡。自19世紀末期以來，大氣中CO2的濃度已從280 ppm增加至目前的400 ppm。在此背景下，探索有效的降低大氣中CO2濃度的技術已成為各國政府和科學家的重點研究方向。在幾種可行的策略中，通過電化學或光化學手段進行二氧化碳還原并使之轉變成對人類有益的碳氫化合物燃料的技術尤其具有吸引力。因為這兩種方法可以在常溫常壓下進行，所需的能量可以直接或間接地由太陽能等可再生能源提供，真正實現碳元素的循環使用。雖然二氧化碳還原和光催化還原這兩種策略的技術路線不同，但是其本質是一樣的：即如何激活惰性的 CO2 分子并促使進其還原轉化。此外，光催化過程的電子遷移和CO2活化過程本質上就是一個電化學過程，并且可以通過適當的助催化劑來增強。

　　化石能源的大量消耗伴隨著溫室氣體二氧化碳（CO2）的加劇排放，而CO2作為儲量豐富的化工原料，可用于合成多種精細化學品及C1化學燃料。倘使人們能夠利用CO2作為儲氫介質，將其轉化為特定的燃料物質，例如甲醇（CH3OH）、甲烷（CH4）等，不僅可以有效緩解能源需求的壓力，從凈結果來看還可以減少溫室氣體的排放，達到一箭雙雕的效果。二氧化碳還原是吸熱過程，反應中利用可再生能源提供的能量是完成這一轉化的必要條件。

　　為了解決所述問題，人們采用電解法將氧氣的生成反應與二氧化碳還原反應在不同電極上分開進行的方式，兩側均進行催化光照，然而此時不僅生成氧氣的陽極(光化學電極)需要進行催化光照，陰極也要進行催化光照，因不同的光觸媒需要的光照波長不一致而導致設備上的光照效率分散，至少有一側產生的電量不足，因而至少一個電極需要將太陽能電池與傳統電源等外部電源進行并用。