剑桥颠覆性人工树叶：阳光下将CO2转化为高价值化学品

英国剑桥大学的研究人员近日揭示了一项开创性的半人工树叶技术，该技术能够利用太阳光将二氧化碳（CO2）高效转化为多种日常产品所需的重要化学品。这一突破性进展标志着化学工业减少对化石燃料依赖的重要一步，有望推动行业向更可持续的未来迈进。

这款生物混合装置巧妙地结合了光捕获有机聚合物与细菌酶，在阳光、水和二氧化碳的共同作用下，成功生成了甲酸（formate）。甲酸是一种关键化合物，可作为生产药品、塑料、化妆品以及其他消费品的基础材料。这项研究成果已在知名科学期刊《焦耳》（Joule）上发表，其亮点在于首次成功将有机半导体作为主要的光捕获组分，集成到此类生物混合系统中。

革命性设计：突破往昔局限

与早期依赖有毒或不稳定光吸收材料的人工树叶原型不同，这项新设计巧妙地避开了铅等有害半导体，同时展现出卓越的耐用性。在测试中，该装置能够连续运行超过24小时，其寿命是先前版本的两倍多。

该研究的共同第一作者杨思琳博士（Dr. Celine Yeung）表示：“如果能够去除有毒成分并开始使用有机元素，就能实现清洁的化学反应，并获得单一的最终产品，避免任何不必要的副反应。”杨博士是在欧文·赖斯纳教授（Professor Erwin Reisner）的实验室完成这项博士研究的。

新系统将来自硫酸盐还原细菌的酶与非毒性且高度可调的有机半导体相结合。这种创新组合使得该装置能够在简单的碳酸氢盐溶液中运行——类似于我们日常饮用的苏打水——而无需先前设计中所需的那些不稳定化学添加剂。

助力工业脱碳：应对环境挑战

这项创新直面了一个紧迫的环境挑战：化学工业庞大的碳足迹。该行业每年从化石燃料原料中制造出成千上万种化学产品，其碳排放量约占全球总量的6%。

领导这项研究的剑桥大学尤素夫·哈米德化学系欧文·赖斯纳教授指出：“如果要建立一个循环、可持续的经济，化学工业是一个巨大而复杂的问题，必须加以解决。必须想方设法使这个对我们都至关重要的行业脱离化石燃料。”

在演示实验中，研究人员成功利用这种人工树叶将二氧化碳转化为甲酸，随后直接将其用于后续的化学反应，以高产率和高纯度生产药物化合物。这种方法为完全由可再生太阳能驱动的分布式化学品生产开辟了新的可能性。

赖斯纳教授强调：“研究已表明，可以创造出不仅高效、耐用，而且不含有毒或不可持续成分的太阳能驱动装置。”目前，研究团队正继续开发这项技术，以延长装置寿命并使其能够生产不同类型的化学产品。