“人造樹葉”將CO2轉為化工原料

英國劍橋大學科學家研發出一種新型太陽能“人造樹葉”。這是一種生物混合裝置，融合了有機半導體與生物酶，能模擬光合作用，將二氧化碳(CO2)和陽光高效轉化為甲酸鹽等有價值的化工原料。該裝置不僅耐用、無毒，且完全不依賴化石燃料，為綠色化學工業開闢了新路徑。相關研究成果發表於新一期《焦耳》雜誌。

化工行業的碳排放量約佔全球總量的百分之六。科學家正致力於推動化工行業“去化石化”，構建可持續的綠色化工體系。

劍橋大學研究團隊長期專注於“人造樹葉”技術，旨在利用陽光直接生產碳基燃料與化學品，擺脫對化石原料的依賴。但此前多數設計存在短板：有的依賴合成催化劑，穩定性差；有的採用無機半導體，不僅吸光效率低，還可能含有鉛等有毒元素。

此次突破在於開發出一種混合裝置，將吸光有機聚合物與細菌酶有機結合，將陽光、水和CO2直接轉化為甲酸鹽。甲酸鹽可用於石油鑽井液、香精合成、醫藥中間體製備以及有機催化反應等多個領域。

測試結果顯示，該裝置不僅電流輸出高，電子轉化效率也接近完美，持續執行時間超過廿四小時，遠超以往設計的耐久度。

新裝置兼具兩大優勢：有機半導體可調控、無毒；生物催化劑則具備高選擇性與高效率。這是有機半導體首次作為光捕獲元件應用於此類生物混合系統，標誌着新一代環保“人造樹葉”邁出關鍵一步。

團隊認為，這一成果證明，太陽能設備完全可以實現高效、耐用、無毒與可持續的完美結合，有望成為未來生產綠色燃料與化學品的重要平台。他們計劃進一步優化設計，延長設備壽命，並拓展其合成更多類型化學品的能力。

當然，這條通向綠色化學工業的道路上仍有一些挑戰需要克服。酶的氧敏感性使得設備目前仍需在受控的實驗室環境中運行，長期穩定性也有待進一步提升。未參與該研究的塔塔基礎研究所化學家維韋克 · 波爾謝蒂瓦爾表示，酶穩定性和長期性能可能帶來挑戰，但這些是可以克服的。他期待這一發現能盡快轉化為實際技術。

研究人員計劃通過優化酶固定技術和保護層材料，延長設備壽命；同時，他們還計劃與工業夥伴合作，探索分散式太陽能化工廠的可行性，推動規模化生產。展望未來，這種生物混合平台展現出豐富的可能性。研究人員設想，通過更換不同的酶催化劑，系統可以適應更多樣的化學反應。氫氣產出可以用於室溫下的還原胺化反應；如果與一氧化碳脫氫酶結合，還能產生合成氣用於羰基化反應。

雷斯納表示：“我們正在為商業化奠定基礎，我們必須在這個過程中創造更多價值。”

水 登