道法自然，一直是科学家们获得灵感并开展相关研究及应用的重要途径。其中，如何通过人工模拟 光合作用实现二氧化碳转化，就是备受关注的方向之一。 记者2月1日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（AirPNT）受植物光合 作用启发，研究提出一种实现二氧化碳与水协同转化的通用策略，在此基础上研发出规模化转化二氧化 碳的通用性方案，为助力实现清洁能源、"双碳"（碳达峰、碳中和）目标提供了可行技术路径。 模仿植物光合作用的电子存储工作机制示意图。中国科学院地球环境研究所 供图 在本项研究中，研发团队模拟植物暂存光生电子的生理机制，创新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，研发团队成功构建出具有电子存储功能的银修饰三氧化钨材料，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。同时，新方案具备良好 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。更重要的是，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 ...

Core Insights - The research team from the Chinese Academy of Sciences has developed a universal strategy to overcome the challenge of synchronously utilizing photogenerated electrons and holes in artificial photosynthesis, which is crucial for the conversion of carbon dioxide resources [1][3] Group 1: Research Breakthrough - The team mimicked the physiological mechanism of plants that temporarily store photogenerated electrons, designing a silver-modified tungsten trioxide material with electron storage capabilities [3] - This innovative material allows for precise control over the electron release process, enabling efficient cooperative conversion of carbon dioxide and water under natural light [3] Group 2: Efficiency and Scalability - Experimental results indicate that when combined with the catalytic active component cobalt phthalocyanine, the carbon dioxide conversion efficiency of the new material is nearly 100 times higher than that of pure catalysts [4] - The proposed strategy demonstrates good universality and scalability, making it adaptable to various composite catalyst systems, thus providing a feasible technological pathway for large-scale solar energy conversion of carbon dioxide into clean energy [4]

研发团队介绍说，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。 在本项研究中，研发团队模拟植物暂存光生电子的生理机制，创新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。 据悉，这项二氧化碳资源化利用取得重要突破性的进展，由中国科学院地球环境研究所获悉空气净化新 技术团队与合作者共同完成，相关论文近日在国际学术期刊《自然-通讯》上线发表。(完) 本项研究 电子存储方案通用性与实用潜力的验证结果。中国科学院地球环境研究所 供图 基于这一思路，研发团队成功构建出具有电子存储功能的银修饰三氧化钨材料，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。同时，新方案具备良好的通 用性与适用性，可根据实际需求构建多种结构适 ...

这一分子成功实现了多电荷分离与储存这一核心功能。团队成员表示，他们已经识别并实现了整个拼图 中的一个重要部分。 这项研究深化了人们对人工光合作用中电子转移机制的理解，也为未来设计更高效、更接近自然系统的 太阳能燃料转化技术奠定了基础。其成果能为可持续能源的发展开辟新路径，推动人类向绿色、碳中和 的能源目标迈进。（记者张梦然） 一种具有特殊结构的分子，是此次实现人工光合作用的关键一步。该分子由5个功能单元串联组成，每 一部分承担特定任务。分子的一端包含两个可释放电子的单元，在失去电子后带正电；另一端有两个可 接收电子的单元，获得电子后带负电；中间则是吸收光能、启动电子转移反应的核心结构。 团队采用两步光照的方法实现四电荷的存储：第一道闪光激发分子，触发电子转移，产生一对正负电 荷，并分别迁移到分子两端；随后第二道闪光再次引发相同反应，使分子最终携带两个正电荷和两个负 电荷。这种分步激发机制使得该过程可以在较弱的光照条件下进行，接近自然阳光的强度，而此前类似 研究往往依赖高强度激光，难以应用于实际环境。 更重要的是，这些分离的电荷在分子中能够保持相对稳定状态，持续足够长时间，以便参与后续的化学 反应，例如将水分解 ...

瑞士巴塞尔大学研究团队在人工光合作用领域取得重要进展：他们开发出一种新型人工分子，能够模仿 植物自然的光合作用机制，在光照条件下同时储存两个正电荷和两个负电荷。这一成果为未来将太阳能 转化为碳中和燃料提供了新的可能性。相关论文发表于最新的《自然·化学》杂志。 ...