题主的想法非常好，也是科学家几十年来一直以来致力于研究的方向。我所在的方向是人工光合作用体系，其中就包括二氧化碳还原的催化研究。

将二氧化碳转化为其它含碳化合物，如一氧化碳，甲酸（盐），甲醇（或高级醇），以及甲烷（或高级烷烃）是已知可以达成的。虽然在理论，机理，和材料器件制造等方面还有非常非常多的问题需要我们去研究理解和解决，但现在已经有少量体系实现了工业化。我在耶鲁的Energy Sciences Institute中就有校友的公司用二氧化碳作为原料生产伏特加，利润颇丰。

从机理层面上看，二氧化碳的转化需要提供电子以降低碳的氧化态，即所谓二氧化碳还原。最常见的氧受体是质子——质子可以通过形成水的方式帮助氧离去。生成的水可以同时被氧化生成氧气，这就形成了一个电子通路循环：水失去电子生成氧气，电子被传递给二氧化碳用来生成其它含碳分子和水。从宏观的角度上看，这跟生物体系的光合作用通路非常类似，但具体的实施机理却不尽相同甚至大相径庭。但总的变化是相似的：二氧化碳和水变成了低价碳化合物和氧气。这就是所谓“人工光合作用”。

从能量的角度看，在质子的帮助下，还原二氧化碳所需要的热力学能量大幅度下降，比直接还原二氧化碳本身要容易得多。但同时质子本身也可以被还原成氢气，因此如何调整这两个过程的选择性就成为一个很有挑战性的研究方向，尤其是对我们这样分子催化的研究者而言。当然，实际情况要远比我所说的复杂得多，尤其是考虑到动力学因素的影响。这使得二氧化碳还原催化化学发展成了一门多学科交叉、涵盖面积非常广的研究领域，包括但不限于分子催化、材料化学、电化学、光化学等等。

如其它答主所言，还原二氧化碳本身需要提供能量。比如在很多生物体系内，光能就是这一过程的驱动能来源（不是100%，但是主要），即光合作用。在人工体系中，化学驱动、光能驱动、电能驱动、或者光电能同时驱动的情况都有被研究。而且我们从模仿生物体系的设计原理也开发出了很多新的体系。考虑到二氧化碳的廉价和低毒，利用其作为碳原料来制得燃料或是其他重要化学品对学界和企业都是非常具有吸引力的方向。

答主若是有兴趣，可以关注一些前沿课题组的工作，跟我们有合作或者我比较了解的的研究组包括但不限于耶鲁大学ESI和化学系的王海梁教授，法国的Jean-Michel Savéant，berkeley的Chris Chang，UCSD的Cliff Kubiak等都在这个领域做出了很多的贡献。当然这些研究组只是冰山一角，而且我对材料催化不甚了解，所推荐必定有所局限。整个领域纷繁复杂，有非常多的研究工作者在各个方向大施拳脚，为我们将来设计制造一个理想的人工体系提供了非常多有价值的信息。

来源：知乎 www.zhihu.com

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