二氧化碳作為最主要的人為排放溫室氣體，其持續(xù)排放加劇溫室效應(yīng)，對全球氣候系統(tǒng)構(gòu)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(huán)載體，更是一種可利用的碳源，具備轉(zhuǎn)化為可再生能源與化工產(chǎn)品的巨大潛力。植物通過光合作用，巧妙地將結(jié)構(gòu)簡單的二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為復(fù)雜的養(yǎng)分分子，為人類借助化學(xué)手段實現(xiàn)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(xué)挑戰(zhàn)，其關(guān)鍵瓶頸在于：光激發(fā)功能材料所產(chǎn)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(xiàn)二者反應(yīng)的同步與持續(xù)進行。

中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所空氣凈化新技術(shù)團隊（AirPNT）受植物光合作用啟發(fā)，提出了一種實現(xiàn)二氧化碳與水協(xié)同轉(zhuǎn)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(chuàng)新性地設(shè)計出一種電子存儲路徑，通過定向設(shè)計、制備材料結(jié)構(gòu)，使其能夠在光照條件下儲存電子、在需要時精準釋放，實現(xiàn)對二氧化碳與水反應(yīng)速率和程度的精確調(diào)控。基于這一思路，研究團隊成功構(gòu)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(fù)合對比驗證，發(fā)現(xiàn)二氧化碳轉(zhuǎn)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(jù)實際需求構(gòu)建多種結(jié)構(gòu)適配的復(fù)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(wěn)定運行，為利用太陽能規(guī)模化轉(zhuǎn)化二氧化碳、生產(chǎn)一氧化碳、甲烷等清潔能源提供了可行的技術(shù)路徑。

該成果近期在線發(fā)表于《自然·通訊》（Nature Communications）。研究得到國家自然科學(xué)基金（42507620）和黃土科學(xué)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(jié)果