科学家发现将阳光转化为燃料的新方法

瑞士巴塞尔大学研究团队受植物光合作用启发，开发出一种新型分子：在光照作用下可同时存储两个正电荷与两个负电荷。该研究旨在将太阳能转化为碳中和燃料。

植物利用阳光能量将二氧化碳转化为高能糖分子，这一过程称为光合作用，是几乎所有生命的基础。动物和人类可再次“燃烧”由此产生的碳水化合物，利用其中储存的能量。该过程会再次产生二氧化碳，形成循环闭环。

这一模型也可能成为环保燃料的关键。研究人员模仿自然光合作用，利用阳光生产高能化合物（即太阳能燃料），如氢气、甲醇和合成汽油。这些燃料燃烧时仅产生制备过程中消耗的等量二氧化碳，换言之可实现碳中和。

8月25日，巴塞尔大学教授Oliver Wenger与其博士生Mathis Br?ndlin在《自然—化学》期刊上报道了实现人工光合愿景的重要中间步骤：他们开发出一种特殊分子，在光照射下可同时存储四个电荷：两个正电荷和两个负电荷。

多重电荷的中间存储是将太阳能转化为化学能的重要前提，这些电荷可用于驱动化学反应，例如将水分解为氢气和氧气。

该分子由五个串联连接的部分组成，每个部分承担特定功能。分子一侧有两个释放电子并带正电荷的单元，另一侧有两个接收电子并带负电荷的单元。化学家在中间放置了捕获阳光并启动反应的组件。

“分步激发方式使得利用显著弱光成为可能，其强度已接近太阳光照度。”Br?ndlin解释道。早期研究需要极强激光，与人工光合作用的愿景相去甚远。“此外，分子中的电荷能保持足够长时间的稳定性，可用于后续化学反应。”

尽管该分子尚未构建出完整的人工光合作用系统，但Br?ndlin表示：“我们已经确定并实现了关键拼图。这项新发现有助于深化对人工光合核心环节的理解。我们希望这能为可持续能源未来开拓新前景。”Wenger说。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41557-025-01912-x