二氧化碳与水自然光下高效转化清洁能源 西安科研团队攻克人工光合作用核心难题

近日，来自中国科学院地球环境研究所（西安）的空气净化新技术团队传来喜讯——他们成功研发出具有电子存储功能的新型材料，为人工光合作用装上“充电宝”，一举破解了光生电荷“来去匆匆”难以高效利用的长期瓶颈。相关成果于北京时间2月1日在线发表于国际顶级学术期刊《自然·通讯》（NatureCommunications），为我国利用自然光规模化转化二氧化碳生产清洁能源开辟了可行路径，也为全球应对气候变化、推动能源转型提供了“中国方案”。

仿生设计破瓶颈，“电子充电宝”让转化效率飙升百倍

植物的光合作用是自然界的精妙杰作，能将简单的二氧化碳和水转化为复杂养分，这一过程为人类实现温室气体资源化利用提供了天然范本。然而，人工模拟这一过程时，却始终受困于一个核心难题：光激发功能材料产生的电子（用于还原二氧化碳）与空穴（用于氧化水）寿命极短，往往没来得及完成催化反应就消失，导致转化效率低下。

“我们的灵感正是来源于植物本身。”团队负责人黄宇说。科研团队受植物光合作用中暂存光生电子生理机制的启发，创新性地设计出一条电子存储路径——通过定向调控材料结构，让其在光照时像“充电宝”一样储存电子，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把控。

基于这一思路，团队成功研发出银修饰三氧化钨材料。实验数据显示，该材料使二氧化碳转化效率较传统方法提升了近百倍。更值得关注的是，这种“电子存储”策略并非局限于单一材料，而是具有普适性——可为多种催化材料配置“储能单元”，相当于为人工光合作用技术搭建了通用设计框架，为后续技术迭代和多场景应用奠定了基础。

自然光下稳定运行，为规模化应用铺路

与以往部分人工光合作用技术需依赖特定光照条件或辅助设备不同，此次研发的技术体系可在自然光条件下稳定运行，这一特性使其向规模化应用迈出了关键一步。据介绍，该技术能将二氧化碳与水转化为一氧化碳、甲烷等清洁能源，既实现了温室气体的资源化利用，又为替代化石能源提供了新路径，在“双碳”目标背景下具有重要的现实意义。

国际审稿专家对该成果给予高度评价，认为“受生物启发的电子存储概念，不仅创新性强，且在多个催化体系中都有充分的实验证据支持，所实现的性能提升可能对人工光合作用领域产生广泛影响”。目前，该研究已获得国家自然科学基金、黄土科学全国重点实验室项目等平台的支持，后续团队将进一步优化技术参数，推动成果向产业化转化。本报记者 张倩

责任编辑：安心 审核：杨勇

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