我不认为将任何mathtext更改为任意字体是容易的。然而，如果"CO_2"仅由常规符号组成，您可以使用\mathdefault{}使mathtext使用常规字体中的符号。

import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams["font.family"] = "serif"
plt.rcParams["font.serif"] = ["Times New Roman"] + plt.rcParams["font.serif"]

fig, ax = plt.subplots()

ax.set_xlabel(r'$\mathdefault{CO_2}$ pressure')
ax.set_ylabel(r'$\mathdefault{CO_2}$ concentration')

plt.show()

像r"$\mathdefault{\sum_\alpha^\beta\frac{i}{9}}$这样的东西仍然会以通常的默认数学字体呈现（除了"i"和9，它们当然存在于Times New Roman中）。

对于一般情况，您也可以将完整的数学字体集更改为任何可用的cm，stix，stixsans，dejavuserif，dejavusans。最接近“Times New Roman”的是stix。

import matplotlib.pyplot as plt

rc = {"font.family" : "serif", 
      "mathtext.fontset" : "stix"}
plt.rcParams.update(rc)
plt.rcParams["font.serif"] = ["Times New Roman"] + plt.rcParams["font.serif"]

fig, ax = plt.subplots()

ax.set_xlabel(r'$CO_2$ pressure')
ax.set_ylabel(r'$CO_2$ concentration')

plt.show()

阅读的一般建议是MathText tutorial。

我发现一次定义整个字体家族比单独定义要好（假设你想要相同的字体）。

plt.rc('text', usetex=True )
plt.rc('font', family='Times New Roman', weight='normal', size=14)
plt.rcParams['mathtext.fontset'] = 'Times New Roman'
ax1.set_xlabel('$CO_2$ pressure')
ax1.set_ylabel('$CO_2$ concentration')

import matplotlib.pyplot as plt

plt.rcParams['mathtext.fontset'] = 'custom'
plt.rcParams['mathtext.rm'] = 'Times New Roman'
plt.rcParams['font.family'] ='Times New Roman'

在这种情况下，数学文本字体将根据自定义字体的数学文本文档进行自定义。这有其自身的限制，但在您的基本情况下，将按预期工作。
x轴的代码如下：ax1.set_xlabel(r'$\mathrm{CO_2}$ pressure')，无需在标签中指定。
注意事项：在这个场景中，我没有指定一个后备字体，这在更复杂的字符情况下可能是必要的。在上面链接的文档中有解释。