科技日報記者 張夢然

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。

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。

總編輯圈點

自然界的光合作用很神奇，植物捕獲光子后，能在極短時間內將太陽能轉化為化學能，葉綠體簡直是近乎完美的光能工廠。此次，科研人員開發出一種具有特殊結構的分子，它可以模仿光合作用機制，在接近自然光強度下實現四電荷穩定存儲，為后續燃料合成提供了基礎條件。這些分子如同人工葉綠體，可將陽光“生產”為高能燃料，如氫氣、乙醇，解決太陽能本身穩定性差、轉化效率低的問題，為人類帶來清潔能源革命，也帶來更加綠色的未來。