劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员与多位学术伙伴合作，在人工光合作用方面取得了重大进展，展示了将二氧化碳转化为乙烷和乙烯等有价值的碳氢化合物的能力。
这项近期发表于《自然·催化》杂志的研究重点介绍了一种新型系统，该系统利用纳米结构铜和钙钛矿材料来模拟叶绿素（植物光合作用的绿色色素）的光捕获能力。这种创新方法不仅代表了能源研究领域的重大突破，而且仅利用阳光、二氧化碳和水，也符合更广泛的可持续发展目标。
新系统将因其在光伏应用中的高效性而备受认可的钙钛矿材料与独特的“纳米花”铜电催化剂相结合。该设计灵感源自促进光合作用的天然酶，从而增强了设备的功能。与传统的金属催化剂不同，铜的设计能够合成更复杂的含有两个碳原子的碳氢化合物，这对于生产各种燃料和化学品至关重要。这一突破拓展了清洁能源生产的前景，为创造不产生额外碳排放的环保材料铺平了道路。
这项研究是“液态阳光联盟”（LiSA）的关键组成部分，LiSA是由美国能源部发起的一项合作计划。LiSA旨在通过跨学科研究促进太阳能燃料的进步，汇集了来自包括加州理工学院和国家可再生能源实验室在内的多个机构的100多位科学家。LiSA专注于将理论模型与实时实验数据相结合，旨在加速太阳能燃料技术的进步。自2020年成立以来，LiSA已显著提升了器件性能和材料耐久性，这对于此类创新系统的可扩展性至关重要。
杨培东（右）和研究生林嘉安使用了卤化铅钙钛矿光吸收剂（模拟叶片中吸收光线的叶绿素）和形似微型花朵的铜电催化剂。（图片来源：Marilyn Sargent/伯克利实验室）
伯克利实验室高级科学家、该研究的共同作者杨培东强调，虽然以往的人工光合作用研究通常依赖于生物材料，但铜的加入增强了系统的耐用性和稳定性。杨教授的团队目前正致力于提高这种人工叶片技术的效率并扩大其尺寸，这对于将该系统推广到实际应用至关重要。
这项研究不仅使科学家们更接近复制树叶的自然生产力，也为开发可持续化学生产方法开辟了新的途径。这些发现不仅代表着朝着高效碳利用迈出了一步，也预示着一个潜在的未来：能源生产与环境责任并驾齐驱，在满足全球能源需求的同时，减轻气候变化的影响。
