我国人工光合关键突破 二氧化碳与水在自然光下高效“变能源”

记者从中国科学院地球环境研究所获悉，该所空气净化新技术团队受植物光合作用启发，提出了一种实现二氧化碳与水协同转化的通用策略。相关成果1月31日在国际学术期刊《自然·通讯》发表。

△图1  模仿植物光合作用的电子存储工作机制

植物通过光合作用，巧妙地将结构简单的二氧化碳和水转化为复杂的养分分子，为人类借助化学手段实现温室气体二氧化碳的资源化利用提供了自然范例。然而，人工模拟光合作用的过程仍面临科学挑战，其关键瓶颈在于：光激发功能材料所产生的电子（用于还原二氧化碳）与空穴（用于氧化水）寿命极短，难以实现二者反应的同步与持续进行。

△图2  电子存储方案通用性与实用潜力的验证结果

我国科研团队这项新方案模拟植物暂存光生电子的生理机制，创新性地设计出一种电子存储路径，通过定向设计、制备材料结构，使其能够在光照时储存电子，并在需要时精准释放，从而实现对二氧化碳与水反应速率和程度的精确调控。基于这一思路，研究团队成功构建出具有电子存储功能的银修饰三氧化钨（Ag/WO3）材料。通过将其与催化活性组分酞菁钴复合进行验证，测得二氧化碳转化效率较纯酞菁钴提升了近百倍。此外，这一策略具备良好的通用性与适用性，可根据实际需求构建多种结构适配的复合催化剂体系。该方案在自然光条件下运行稳定，为利用太阳能规模化转化二氧化碳、生产一氧化碳、甲烷等清洁能源提供了可行的技术路径。

（总台央视记者  帅俊全  褚尔嘉）