科学家发现将阳光转化为燃料的新方法

植物利用阳光的能量将CO₂转化为富含能量的糖分子。这一过程称为光合作用，是几乎所有生命的基础：动物和人类可以再次“燃烧”以此方式产生的碳水化合物，并利用储存在其中的能量。这又会重新产生二氧化碳，从而完成循环。

该模型也可能成为环境友好型燃料的关键，因为研究人员正致力于模仿自然光合作用，利用阳光生产高能化合物：如氢气、甲醇和合成汽油等太阳能燃料。若将其燃烧，产生的二氧化碳量仅与生产燃料所需量相当。换言之，它们将是碳中性的。

具有特殊结构的分子

在科学期刊《Nature Chemistry》上，Oliver Wenger教授及其博士生Mathis Brändlin报告了实现人工光合作用构想的重要中间步骤：他们开发了一种特殊分子，可在光照下同时存储四个电荷——两个正电荷和两个负电荷。

多重电荷的中间存储是将太阳能转化为化学能的重要前提：这些电荷可用于驱动反应——例如将水分解为氢气和氧气。

该分子由五个串联连接的部分组成，每个部分执行特定任务。分子一侧有两个释放电子的部分，在此过程中带正电荷。另一侧有两个接收电子的部分，导致其带负电荷。化学家在中间放置了一个捕获阳光并启动反应（电子转移）的组件。

利用光的两步过程

为产生四个电荷，研究人员采用两步法，使用两次闪光照射。第一次闪光击中分子，触发反应产生一个正电荷和一个负电荷。这些电荷向分子两端反向移动。第二次闪光照射时，相同反应再次发生，使分子最终携带两个正电荷和两个负电荷。

可在弱光下工作

"这种分步激发方式能显著降低对光照强度的要求，使我们更接近太阳光的实际强度，"Brändlin解释道。早期研究需要极强的激光照射，这与人工光合作用的构想相去甚远。"此外，分子中的电荷能保持足够长的稳定时间，可用于后续化学反应。"

尽管如此，新分子尚未构建出完整的人工光合作用系统。"但我们已确定并实现了这一拼图的重要部分，"Oliver Wenger表示。该研究的新发现有助于深化我们对人工光合作用核心过程——电子转移的理解。"希望这能为可持续能源未来开拓新的前景，"Wenger补充道。