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二氧化碳作为最主要的人为排放温室气体，其持续排放加剧温室效应，对全球气候系统构成威胁。然而，从资源视角看，二氧化碳不仅是地球碳库中最活跃的循环载体，更是一种可利用的碳源，具备转化为可再生能源与化工产品的巨大潜力。植物通过光合作用，巧妙地将结构简单的二氧化碳和水转化为复杂的养分分子，为人类借助化学手段实现温室气体二氧化碳的资源化利用提供了自然范例。然而，人工模拟光合作用的过程仍面临科学挑战，其关键瓶颈在于：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，难以实现二者反应的同步与持续进行。
中国科学院地球环境研究所空气净化新技术团队（AirPNT）受植物光合作用启发，提出了一种实现二氧化碳与水协同转化的通用策略。该方案模拟植物暂存光生电子的生理机制，创新性地设计出一种电子存储路径，通过定向设计、制备材料结构，使其能够在光照条件下储存电子、在需要时精准释放，实现对二氧化碳与水反应速率和程度的精确调控。基于这一思路，研究团队成功构建出具有电子存储功能的银修饰三氧化钨（Ag/WO3）材料（图1）。将其与催化活性组分酞菁钴复合对比验证，发现二氧化碳转化效率较纯酞菁钴提升了近百倍。此外，这一策略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（图2）。更重要的是，该方案能够在自然光条件下稳定运行，为利用太阳能规模化转化二氧化碳、生产一氧化碳、甲烷等清洁能源提供了可行的技术路径。
该成果近期在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。研究得到国家自然科学基金（42507620）和黄土科学全国重点实验室项目等的支持。
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
图1 模仿植物光合作用的电子存储工作机制
图2 电子存储方案通用性与实用潜力的验证结果
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