随着化石能源的大量消耗,排放到大气中的二氧化碳的浓度也在不断增加,由此所引发的全球气候变暖,正在威胁和破坏着人类赖以生存的生态环境。二氧化碳本身是一种丰富、廉价、清洁、安全的碳资源,简单、快速、高效、可持续地将二氧化碳转化为高附加值的化工产品/燃料,是解决全球气候变化的根本途径,同时也是缓解能源危机的有效方法。因此,二氧化碳资源化的研究受到越来越多的关注,成为了当今世界最具潜力的新技术之一。目前,二氧化碳资源化的方法众多,如电化学还原二氧化碳、催化加氢还原二氧化碳以及光解水还原二氧化碳（人工光合作用）等方法。然而电化学还原CO₂需要提供额外的电源并且效率较低,选择性差;催化加氢法需外加高能耗的氢气以及复杂或昂贵的催化剂,同时存在氢气的储存、运输和安全等问题;对于人工光合作用,尽管是最有前景的方法,但其效率低的瓶颈问题尚未突破。针对二氧化碳资源化方法中的不足,本论文本着学习自然、模拟自然的思路,创新性地提出利用过渡金属铁分解水原位还原二氧化碳产有机物的新方法,以期结合生物质水热法和太阳能热化学法还原金属氧化物产单质金属技术,突破光解水还原二氧化碳（人工光合作用）低效率的瓶颈,主要研究内容如下。首先（第2章）研究了无催化剂时,Fe作还原剂快速分解水高效还原二氧化碳产甲酸的有效性。结果表明:在水热条件下,高浓度NaHCO₃对Fe的氧化具有明显促进作用,使得快速而高效地分解水产氢,致使在无任何外加催化剂时,300°C反应2 h获得了92%的甲酸产率,其选择性超过98%。通过XRD、Raman、XPS、SEM等分析手段对Fe分解水还原二氧化碳产甲酸的反应机理进行了详细研究,发现体系中Fe分解水原位产生的高活性原位氢和原位生成的富含氧空位的Fe₃O_4–x对Fe高效还原二氧化碳产甲酸起了重要的促进作用。其次（第3章）研究了催化剂Ni在Fe还原二氧化碳产甲酸中的催化活性。研究发现催化剂Ni在该过程中有着良好的催化活性,能够使反应温度大幅降低100°C,并在200°C,3 h,1M NaHCO₃,Fe/Ni摩尔比为4:1的反应条件下,获得72%的甲酸产率,其选择性超过98%。反应机理的研究表明,在本体系中Ni活化氢气的能力充分展示,从而有助于二氧化碳的还原,而且反应后固体的SEM图显示Ni的加入形成了大量花状的Fe₃O₄,因其形貌具有更大的比表面积、更多的活性点位,很可能为二氧化碳的高效还原起到了有益的促进作用,且Ni和Fe₃O₄循环利用实验显示它们具有良好的稳定性。再次（第4章）,为了获得其他高附加值有机物,选取气态二氧化碳作为碳源,对催化剂进行了筛选,研究Fe还原二氧化碳产甲醇的可行性与有效性。结果表明:钯碳对催化Fe还原二氧化碳产甲醇的可行的,1 MPa CO₂,350°C反应3 h获得了16%的甲醇,选择性达到90%。与NaHCO₃作为碳源时类似,CO₂对Fe的氧化同样有着促进作用,但是当CO₂存在时,Fe的氧化产物主要为FeCO₃,这也是甲醇产率不高的原因之一。最后（第5章）,筛选了各种催化剂,对水热条件催化Fe还原NaHCO₃产多碳化合物的可行性及效果进行了研究。结果表明:Co₂O₃、雷尼Ni、Pd/C均能够催化Fe还原NaHCO₃产乙酸,Pd/C可以催化Fe还原NaHCO₃产苯酚。Co₂O₃催化Fe还原NaHCO₃获得乙酸产率为5.7 mmol/L;雷尼Ni催化Fe还原NaHCO₃获得乙酸的最高产率为21 mmol/L;Pd/C催化Fe还原NaHCO₃获得乙酸产率为2.8 mmol/L,苯酚产率为1.9 mmol/L。综上所述,本研究提出了一个简单快速分解水产氢高效还原二氧化碳产有机物的有效途径,从而有助于地球碳循环的改善,为缓解当前能源危机及气候变化提供了可能。