陜西
二氧化碳作為最主要的人為排放溫室氣體，其持續排放加劇溫室效應，對全球氣候系統構成威脅。然而，從資源視角看，二氧化碳不僅是地球碳庫中最活躍的循環載體，更是一種可利用的碳源，具備轉化為可再生能源與化工產品的巨大潛力。植物通過光合作用，巧妙地將結構簡單的二氧化碳和水轉化為復雜的養分分子，為人類借助化學手段實現溫室氣體二氧化碳的資源化利用提供了自然范例。然而，人工模擬光合作用的過程仍面臨科學挑戰，其關鍵瓶頸在于：光激發功能材料所產生的電子（用于還原二氧化碳）與空穴（用于氧化水）壽命極短，難以實現二者反應的同步與持續進行。
中國科學院地球環境研究所空氣凈化新技術團隊（AirPNT）受植物光合作用啟發，提出了一種實現二氧化碳與水協同轉化的通用策略。該方案模擬植物暫存光生電子的生理機制，創新性地設計出一種電子存儲路徑，通過定向設計、制備材料結構，使其能夠在光照條件下儲存電子、在需要時精準釋放，實現對二氧化碳與水反應速率和程度的精確調控。基于這一思路，研究團隊成功構建出具有電子存儲功能的銀修飾三氧化鎢（Ag/WO3）材料（圖1）。將其與催化活性組分酞菁鈷復合對比驗證，發現二氧化碳轉化效率較純酞菁鈷提升了近百倍。此外，這一策略具備良好的通用性與適用性，可根據實際需求構建多種結構適配的復合催化劑體系（圖2）。更重要的是，該方案能夠在自然光條件下穩定運行，為利用太陽能規模化轉化二氧化碳、生產一氧化碳、甲烷等清潔能源提供了可行的技術路徑。
該成果近期在線發表于《自然·通訊》（Nature Communications）。研究得到國家自然科學基金（42507620）和黃土科學全國重點實驗室項目等的支持。
Huang Yu, Shi Xianjin, Zhang Hongna, Cao Junji, Lee Shuncheng, Bioinspired charge reservoir enables efficient CO2 photoreduction with H2O via tungsten valence oscillation. Nature Communications, 2026.
https://doi.org/10.1038/s41467-026-68991-3
圖1 模仿植物光合作用的電子存儲工作機制
圖2 電子存儲方案通用性與實用潛力的驗證結果
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