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

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

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。

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。

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、生产一氧化碳和甲烷等清洁能源提供了可行的技术路径。

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。