科學家發現將陽光轉化為燃料的新方法

瑞士巴塞爾大學研究團隊受植物光合作用啟發，開發出一種新型分子：在光照作用下可同時存儲兩個正電荷與兩個負電荷。該研究旨在將太陽能轉化為碳中和燃料。

植物利用陽光能量將二氧化碳轉化為高能糖分子，這一過程稱為光合作用，是幾乎所有生命的基礎。動物和人類可再次“燃燒”由此產生的碳水化合物，利用其中儲存的能量。該過程會再次產生二氧化碳，形成循環閉環。

這一模型也可能成為環保燃料的關鍵。研究人員模仿自然光合作用，利用陽光生產高能化合物（即太陽能燃料），如氫氣、甲醇和合成汽油。這些燃料燃燒時僅產生制備過程中消耗的等量二氧化碳，換言之可實現碳中和。

8月25日，巴塞爾大學教授Oliver Wenger與其博士生Mathis Br?ndlin在《自然—化學》期刊上報道了實現人工光合愿景的重要中間步驟：他們開發出一種特殊分子，在光照射下可同時存儲四個電荷：兩個正電荷和兩個負電荷。

多重電荷的中間存儲是將太陽能轉化為化學能的重要前提，這些電荷可用于驅動化學反應，例如將水分解為氫氣和氧氣。

該分子由五個串聯連接的部分組成，每個部分承擔特定功能。分子一側有兩個釋放電子并帶正電荷的單元，另一側有兩個接收電子并帶負電荷的單元。化學家在中間放置了捕獲陽光并啟動反應的組件。

“分步激發方式使得利用顯著弱光成為可能，其強度已接近太陽光照度。”Br?ndlin解釋道。早期研究需要極強激光，與人工光合作用的愿景相去甚遠。“此外，分子中的電荷能保持足夠長時間的穩定性，可用于后續化學反應。”

盡管該分子尚未構建出完整的人工光合作用系統，但Br?ndlin表示：“我們已經確定并實現了關鍵拼圖。這項新發現有助于深化對人工光合核心環節的理解。我們希望這能為可持續能源未來開拓新前景。”Wenger說。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41557-025-01912-x