人工分子能模仿自然光合作用為太陽能轉化為碳中和燃料開辟新路徑

　　瑞士巴塞爾大學研究團隊在人工光合作用領域取得重要進展：他們開發出一種新型人工分子，能夠模仿植物自然的光合作用機制，在光照條件下同時儲存兩個正電荷和兩個負電荷。這一成果為未來將太陽能轉化為碳中和燃料提供了新的可能性。相關論文發表于最新的《自然·化學》雜志。

　　圖片來源：瑞士巴塞爾大學

　　在自然界中，植物通過光合作用利用陽光的能量，將二氧化碳和水轉化為富含能量的糖類分子。這些有機物不僅為植物自身提供能量，也成為整個食物鏈的基礎。當動物或人類消耗這些碳水化合物，將其“燃燒”以獲取能量時，會釋放二氧化碳，從而形成一個閉合的碳循環。科學家正試圖模仿這一過程，利用陽光合成氫氣、甲醇或汽油等高能燃料，這類“太陽能燃料”在使用過程中釋放的二氧化碳等于其生產時所吸收的量，因此可實現碳中和，是未來清潔能源的重要方向。

　　一種具有特殊結構的分子，是此次實現人工光合作用的關鍵一步。該分子由5個功能單元串聯組成，每一部分承擔特定任務。分子的一端包含兩個可釋放電子的單元，在失去電子后帶正電；另一端有兩個可接收電子的單元，獲得電子后帶負電；中間則是吸收光能、啟動電子轉移反應的核心結構。

　　團隊采用兩步光照的方法實現四電荷的存儲：第一道閃光激發分子，觸發電子轉移，產生一對正負電荷，并分別遷移到分子兩端；隨后第二道閃光再次引發相同反應，使分子最終攜帶兩個正電荷和兩個負電荷。這種分步激發機制使得該過程可以在較弱的光照條件下進行，接近自然陽光的強度，而此前類似研究往往依賴高強度激光，難以應用于實際環境。

　　更重要的是，這些分離的電荷在分子中能夠保持相對穩定狀態，持續足夠長時間，以便參與后續的化學反應，例如將水分解為氫氣和氧氣——這是生產太陽能燃料的關鍵步驟。

　　這一分子成功實現了多電荷分離與儲存這一核心功能。團隊成員表示，他們已經識別并實現了整個拼圖中的一個重要部分。

　　這項研究深化了人們對人工光合作用中電子轉移機制的理解，也為未來設計更高效、更接近自然系統的太陽能燃料轉化技術奠定了基礎。其成果能為可持續能源的發展開辟新路徑，推動人類向綠色、碳中和的能源目標邁進。