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人工光合作用研究中取得重要进展，提出了可实现二氧化碳与水协同转化的通用策略，对应的成果已发表于国际学术期刊《自然·通讯》。 在"双碳"目标的引领下，利用太阳能将二氧化碳转化为可用燃料或化工原料成为重要研究方向。植物通过光合作用在温和条件下完成该复杂反应，为人工体系提供了借鉴。然而，将这一过程工程化并实现稳定高效运行一直面临挑战：反应难以持续、选择性难以兼顾、能量利用效率偏低，特别是二氧化碳还原与水氧化需要同步进行，协同困难会导致反应链条无法闭合。 人工光合体系通常依赖半导体等光激发材料产生电子与空穴。电子用于还原二氧化碳，空穴用于氧化水。但在大多数材料中，光生载流子寿命极短，电子与空穴容易快速复合，导致还原与氧化过程各自进行，难以同时推进。同时反应速率与程度也难以精准调控，制约了体系的效率、稳定性与可放大性。如何让光生电子"留得住、用得上"成为关键瓶颈。 研究团队从植物光合作用中"暂存能量与还原力"的机制获得启发，提出构建"电子存储路径"的解决方案：在光照下将电子定向存入特定结构，需要时再可控释放，将"瞬时产生"的电子转化为"可调度资源"，实现对二氧化碳还原的持续供给与精细控制。这一思路有望在材料层面提升载流子利用率、降低复合损失，将反应过程从"受限于材料瞬态行为"转向"可工程化管理"，为耦合水氧化与二氧化碳还原提供新的途径。 基于这一策略，团队通过定向设计与结构构筑，成功开发了具备电子存储功能的银修饰三氧化钨材料，并与催化活性组分酞菁钴复合进行验证。实验结果表明，在该复合体系中，二氧化碳转化效率相比单一酞菁钴催化体系提升，验证了电子"存取"机制对反应速率和程度的调控作用。更重要的是，该策略具有通用性，不局限于某一单一材料组合，可根据目标产物、反应条件与器件需求构建多种复合催化体系，为后续优化选择性、稳定性与规模化应用留出空间。 从应用前景看，在自然光条件下实现稳定运行是太阳能化学转化走向实际应用的重要指标。该研究提出的电子存储—释放路径为利用自然光驱动二氧化碳资源化提供了可行方案，为生产一氧化碳、甲烷等清洁燃料或化工原料带来新的可能。业内人士指出，下一步需要在产物选择性、能量效率、长期稳定性验证以及器件化集成诸上继续深化研究，同时评估原材料成本、制备工艺与全生命周期环境效益，推动实验室成果向可放大的工程系统转化。随着基础研究、材料体系与反应工程的共同推进，太阳能驱动的二氧化碳转化有望在未来能源与碳循环体系中发挥更大作用。
这项研究标志着我国在人工光合作用领域已从跟跑转向领跑；当科技创新与生态需求相融合，人类在应对气候变化的道路上又迈出了坚实一步。这项突破不仅推进了催化理论的发展，更将重塑未来能源生产的格局。