氫氣與二氧化碳在300攝氏度，200kPa且有催化劑的條件下可以反應。

二氧化碳與氫氣能反應

不同條件不同產物

CO2+H2=高溫=CO+H2O

CO2+4H2=高溫高壓=CH4+2H2O

CO2+3H2=高溫催化劑=CH3OH+H2O。

但是一般情況下，二氧化碳和氫氣混合是不反應的，二氧化碳碳氧鍵結合比較緊密，相對來說CO2就比較穩定，不易被氫氣還原。CO2和H2反應一般需要比較苛刻的條件，不如高溫>200度，高壓>1MP，還有有催化劑的存在。而且生成的產物比較複雜，一般含有CO，甲醇，和低碳烷烴。即使有苛刻的條件，CO2的轉化率也比較低！

1.

高溫條件下,生成一氧化碳和水:CO+H=CO+HO

2.

高溫高壓下生成甲烷和水:CO+4H=CH+2HO 這是甲烷的製法之一,將二氧化碳與氫在催化劑作用下,生成甲烷和氧,再提純。將碳蒸汽直接與氫反應,同樣可製得高純的甲烷。

3.

高溫催化劑條件下生成CHOH和水:CO+3H=CHOH+HO 這是甲醇的

實際上 c與氧氣先反應 生成CO

2C+O2(氧氣) = 2CO（一氧化碳）

CO（一氧化碳）和氧氣反應生成CO2（二氧化碳）

CO+O2(氧氣) =CO2

第一個方程加第二個方程的二倍 化簡後得到

C+O2(氧氣) =CO2

當然以上兩個反應是同時進行的

作為自然界碳循環的有力補充，CO2的化學轉化對可持續發展意義重大。本書針對溫和條件下 CO2的資源化利用，以其化學轉化中化學鍵活化和轉化為基礎，圍繞其轉化為能源產品、化學品和功能材料展開論述，主要內容涉及 CO2催化加氫轉化為低碳醇、低碳烴等能源產品，催化轉化為酯類、酰胺類、羧酸類、氮雜環化合物等化學品，以及催化轉化製備聚合物材料和礦化材料等。著重介紹了 CO2活化的催化基礎，催化體系包括金屬納米催化體系、離子液體無金屬催化體系、介質與催化劑耦合催化體系等，揭示了 CO2化學轉化的反應機制和化學鍵轉化規律。

將CO2直接轉化成碳中性燃料或工業化學品，對能源的可再生利用和減少溫室氣體的排放有著廣闊的應用前景和現實意義，為解決當前的能源安全和可持續性問題提供了一種絕妙的解決方案。作為CO2轉化技術的核心，需要電催化劑來促進關鍵反應，即決定效率和選擇性的CO2還原反應（CO2RR）。然而由於該反應涉及多電子轉移，反應過程包含複雜的中間體以及許多反應途徑，導致CO2RR比其他與能源相關的電化學反應（例如氧還原反應/ORR和析氧反應/OER）複雜得多，因此實驗上尋找具有更高產品選擇性和催化活性的電催化材料仍然是巨大的挑戰。

TM-Nx-C型過渡金屬單原子電催化劑（SACs）憑借其原材料儲量豐富、性能優異和高選擇性等特性，儼然成為均相和非均相催化材料研究中的前沿科學，在能源相關的領域深受廣泛關注。眾多研究發現Fe-N-C和Co-N-C均展現出良好催化性能，能高效的將CO2催化轉化成CO。但整體來說，SACs在催化CO2RR過程中，過電勢相對較高，催化機制不完善。更為重要的是，如今急缺一種與催化劑內在性質相關的描述符能夠指導電催化劑的合理設計或快速的性能預測及篩選。