人工分子能模仿自然光合作用为太阳能转化为碳中和燃料开辟新路径

　　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。

　　图片来源：瑞士巴塞尔大学

　　在自然界中，植物通过光合作用利用阳光的能量，将二氧化碳和水转化为富含能量的糖类分子。这些有机物不仅为植物自身提供能量，也成为整个食物链的基础。当动物或人类消耗这些碳水化合物，将其“燃烧”以获取能量时，会释放二氧化碳，从而形成一个闭合的碳循环。科学家正试图模仿这一过程，利用阳光合成氢气、甲醇或汽油等高能燃料，这类“太阳能燃料”在使用过程中释放的二氧化碳等于其生产时所吸收的量，因此可实现碳中和，是未来清洁能源的重要方向。

　　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，例如将水分解为氢气和氧气——这是生产太阳能燃料的关键步骤。

　　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。