人造光合作用：靠阳光、水和二氧化碳，制造清洁能源

“一直以来，都难以实现具有高度选择性的人造光合作用，也就是说尽可能将阳光转化成你想要的燃料，而不是同时产生一大堆废料。”来自剑桥化学系的 Qian Wang 博士说。

研究人员研发出了一套设备，可独立运行，将阳光、二氧化碳和水转化为碳中性燃料，无需任何额外组件或者电力。

该设备由剑桥大学团队研制而成，向人工光合作用的实现迈出了重要一步：这一过程模仿植物将阳光转化为能量的能力。设备基于先进的“光片”(photosheet)技术，能够将阳光、二氧化碳和水转化成氧气和甲酸(一种可直接使用或者转化为氢的可存储燃料)。

《自然-能源》(Nature Energy)报告了这一成果，展示了一种将二氧化碳转化成清洁燃料的新方法。这套无线设备的规模扩大后，可用于能源“农场”，类似于太阳能农场，使用阳光和水产生清洁燃料。

收集太阳能将二氧化碳转化成燃料，是减少二氧化碳排放、逐渐放弃化石燃料的有效方法。然而，要生产出不含不必要副产物的清洁燃料仍具挑战。

“此外，气体燃料的储存和副产物的分离相当复杂，我们想要搞清楚，如何能干净地制造出易于储存和运输的液体燃料。”该论文的资深作者 Erwin Reisner 教授补充说。

2019 年，Reisner 团队的研究人员研制出一种基于“人造叶片”设计的太阳能反应器，使用阳光、二氧化碳和水生成一种称作合成气体(syngas)的燃料。而本次新技术的表现和行为相当类似于“人造叶片”，但是工作原理不同，产物是甲酸。

而且人造叶片使用的是来自太阳能电池的组件，但新设备无需这些组件，只依靠嵌在薄片上的光催化剂，成为所谓的光催化片。这些薄片由半导体粉末制成，容易大量制备，价格低廉。

除此之外，这一新技术更稳健，产生的清洁燃料更容易储存，具有大规模生成燃料产物的潜力。测试单位的大小为20平方厘米，但研究人员说，要将其规模扩大成几平方米应该相对简单。同时，甲酸能够在溶液中积聚，采用化学手段可转化成不同类型的燃料。

“我们惊异于该技术的高度选择性，它几乎不会产生什么副产物。”Wang 说，“有时候事情确实会和预期不同，但这次效果确实更好，实在罕见。”

二氧化碳转化钴基催化剂容易实现，且相对稳定。虽然与人造叶片相比，该技术规模更容易扩大，但其效能仍需改进，然后再考虑投入商业使用。研究人员正在用不同类型的催化剂进行实验，以同时增强稳定性和效能。

获得目前的成果还有赖于东京大学 Kazunari Domen 教授团队的合作，他也是该研究的共同作者。目前研究人员正在进一步优化系统，提升效能。