西安科研团队攻克人工光合作用核心难题，二氧化碳转化效率飙升百倍
2026-02-25 10:48:41 admin
近日，西安科研团队研发出银修饰三氧化钨材料，为人工光合作用装上“电子充电宝”，成功破解了光生电荷利用瓶颈，可在自然光下将二氧化碳与水转化为清洁能源，相关成果发表于国际学术期刊，标志着我国在人工光合作用领域实现了重大突破，为二氧化碳资源化利用、应对气候变化提供了新的技术路径。
人工光合作用是模拟植物光合作用的过程，将二氧化碳和水在光照条件下转化为有机物或清洁能源，具有清洁无污染、可持续、能实现二氧化碳资源化利用等优势，被认为是应对气候变化、解决能源危机和环境问题的重要技术方向。然而，人工模拟光合作用的过程仍面临诸多科学挑战，其中最核心的瓶颈在于光激发功能材料所产生的电子（用于还原二氧化碳）与空穴（用于氧化水）寿命极短，通常只有几纳秒到几十纳秒，难以实现二者反应的同步与持续进行，导致二氧化碳转化效率极低，无法实现规模化应用。
此次西安科研团队研发的银修饰三氧化钨材料，成功破解了这一核心瓶颈。该材料采用了自主创新的电子存储路径设计，模拟植物暂存光生电子的生理机制，通过定向设计、制备材料结构，使其能够在光照时储存电子，并在需要时精准释放，从而实现对二氧化碳与水反应速率和程度的精确调控。据研发人员介绍，银修饰三氧化钨材料中的银纳米颗粒能够起到“电子陷阱”的作用，将光激发产生的电子暂时储存起来，避免电子与空穴快速复合，延长电子的寿命，使其能够更充分地参与二氧化碳还原反应，从而大幅提升二氧化碳的转化效率。
经实验验证，采用银修饰三氧化钨材料与催化活性组分复合后，二氧化碳转化效率较纯催化活性组分提升了近百倍，在自然光条件下，该材料可将二氧化碳与水高效转化为一氧化碳、甲烷等清洁能源，转化效率达到30%以上，远超此前全球范围内的同类技术。此外，这一技术策略还具备良好的通用性与适用性，可根据实际需求构建多种结构适配的复合催化剂体系，能够灵活适配不同的反应条件和产物需求，既可以转化为一氧化碳、甲烷等气体燃料，也可以转化为甲醇、乙醇等液体燃料，具有广泛的应用前景。
该技术的另一大优势是在自然光条件下即可稳定运行，无需额外提供高温、高压等苛刻条件，大幅降低了运行成本，便于规模化推广应用。据研发人员介绍，该材料在普通自然光照射下，即可实现高效的二氧化碳转化，即使在阴天、多云等光照条件较差的情况下，转化效率也能维持在15%以上，具备很强的实用性。同时，该材料的制备工艺简单、生产成本较低，采用的原材料来源广泛、环境友好，不会对环境造成二次污染，符合绿色发展的理念。
此次人工光合作用核心难题的攻克，对我国二氧化碳资源化利用、应对气候变化具有重要的意义。当前，全球气候变化日益严峻，二氧化碳等温室气体的过度排放是主要原因之一，而该技术能够实现二氧化碳的高效转化和资源化利用，既可以减少空气中的二氧化碳含量，缓解温室效应，又可以转化为清洁能源，替代化石能源，实现“变废为宝”，为我国“双碳”目标的实现提供了重要的技术支撑。
此外，该技术的突破还将带动相关产业的发展，催生一批新的环保技术、新材料、新能源等相关产业，创造大量的就业岗位，为绿色经济发展注入新的活力。未来，科研团队将继续加大技术研发投入，进一步优化材料性能、提升转化效率、降低生产成本，推动该技术的规模化应用，同时加强技术推广和成果转化，让人工光合作用技术更好地服务于我国生态环境保护和能源结构转型，为全球应对气候变化、实现可持续发展贡献中国智慧和中国方案。
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