然而，电化学CO₂RR面临多种挑战^[8]。首先，CO₂是一种含有两个稳定C=O双键的线性分子，其C=O键解离能750kJ/mol，电子之间存在较大的能隙（13.7eV），再考虑到电化学CO₂RR主要由对碳的亲核攻击控制，需要大量能量输入。其次，CO₂分子具有稳定的相对热力学性，形成CO₂^·−自由基阴离子的第一次电子转移发生在-1.90V vs RHE的高负电位下^[9]，使反应很难进行。再者，CO₂还原与多达18个电子转移有关，涉及多重且复杂的电子转移/质子化耦合，因而有许多可能的反应途径，可产生从C1（CO、甲酸盐、甲醇、甲醛和CH₄）、C2（乙烯、乙醇、醋酸盐、草酸或草酸盐）到C3（丙醇），严重限制了反应的选择性^[10]。此外，CO₂RR还需要自由质子或质子供体（如HCO₃^-）的参与方能打开C=O双键^[11]。再者，伴随的竞争性析氢反应（HER），其在动力学上往往比CO₂RR更有利，将严重影响电化学CO₂RR产物的选择性和转换效率^[12]。由此可见，迫切需要合适的催化剂，以显著加快电化学CO₂RR速度，提升选择性并同时HER。

在过去的几十年里，人们对包括金属^[13-15]、金属氧化物^[16,17]、金属硫系化合物^[18,19]、金属有机骨架（MOFs）材料^[20,21]、有机骨架（COFs）材料^[22]、碳基材料^[23]、金属掺杂氮化碳（M-N-C）等材料^[24,25]及复合材料乃至它们的纳米结构材料^[26,27]、以及金属卟啉（MPor）和金属酞菁（MPc）为代表的配合物分子^[28,29]等一系列材料电催化CO₂RR性能及机理进行了广泛而深入的探索和研究，获得了许多性能优秀的电催化CO₂RR催化剂^[30,31]。其中，具有MN₄活性位点结构的过渡金属大环配合物（如酞菁（Pc）和卟啉（Por）及其衍生物）是研究最早的电催化CO₂RR材料之一^[28,29,31]。早在1974年，Meshitsuka等^[32]就首次发现过渡金属酞菁配合物（MPc）的CO₂RR催化作用。他们采用浸渍法将CoPc或NiPc沉积在石墨电极上，观察到在CO₂存在下极化曲线显示出还原波，但遗憾的是作者对还原产物未作任何报道。1984年，Lieber等^[33]采用液滴挥发将CoPc吸附在碳布上制成电极，发现在柠檬酸盐缓冲液中CO₂以约50%的选择性还原为CO，但不幸的是，在0.5 V的过电位下，电流密度很小，仅为1 mA/cm²。总的来说，过渡金属大环配合物由于其良好的稳定性、可设计和裁剪的金属中心和周围配体，以及可调控的电子结构，从而显示出很强的电催化CO₂RR性能优势。再者，过渡金属大环配合物的明确分子结构也使其成为系统研究二氧化碳催化中结构活性相关性的理想模型体系。继Meshitsuka等^[32]、Lieber^[33]等两项开创性的工作之后，人们发展了一系列策略来优化和提升过渡金属大环配合物的CO₂RR电催化性能，研究表明金属酞菁（MPc）系列中的CoPc电催化CO₂RR性能最为突出^[34,35]。