長期以來，科學(xué)家一直夢想能夠模仿光合作用，像植物一樣利用光能將二氧化碳和水制備成有機化合物，比如可作燃料使用的甲醇等。近期科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)新的廉價催化劑，可提高人工光合作用效率至13.4%，遠高于植物本身的光合作用效率1%。

上述研究人員來自瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院（école Polytechnique Fédérale de Lausanne，EPFL）化學(xué)家Michael Gr?tzel的研究團隊。上述研究相關(guān)的論文于6月5日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）雜志的子刊《自然·能源》（Nature Energy）上。

實際上，所謂的人工光合作用需要先將二氧化碳分解為一氧化碳和氧氣，然后再將一氧化碳和氫結(jié)合成有機物。這個過程需要使用催化劑且消耗能量。催化劑指的是，在化學(xué)反應(yīng)里能改變反應(yīng)物化學(xué)反應(yīng)速率（提高或降低）而不改變化學(xué)平衡，且本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)前后都沒有發(fā)生改變的物質(zhì)。

在過去二十多年模仿光合作用的研究中，科學(xué)家已發(fā)現(xiàn)了許多催化劑，但這些催化劑多傾向于使用貴金屬（金Au、銀Ag、鈀Pd），而且高效靶向性催化一種特定產(chǎn)品還是一個挑戰(zhàn)。

近年來，一種廉價的氧化銅（CuO）衍生的催化劑受到科學(xué)家的歡迎，不過由于其選擇性差，將二氧化碳轉(zhuǎn)化成一氧化碳的效率仍不高。這種催化劑也可以使水分解，Gr?tzel表示，其使水分解的物質(zhì)的量甚至比二氧化碳分解的物質(zhì)的量還多。隨后的研究發(fā)現(xiàn)，在銦離子存在下使用氧化銅進行的電化學(xué)還原反應(yīng)，可大大提高生成一氧化碳的量。最近，也有研究發(fā)現(xiàn)錫也能產(chǎn)生類似的效果。

在前人的研究成果下，Gr?tzel的研究團隊使用原子沉積的方式，用氧化錫（SnO2）對氧化銅納米線電極的表面進行改性，成為二氧化碳在電化學(xué)還原為CO時具有高選擇性的催化劑，可以將90%的二氧化碳分子轉(zhuǎn)化為一氧化碳。他們將這種催化劑和太陽能電池連接后發(fā)現(xiàn)，太陽能和一氧化碳的自由能轉(zhuǎn)換效率為13.4%。據(jù)《科學(xué)》（Science報道，這要遠遠優(yōu)于能夠以約1％的效率進行光合作用儲存能量的植物，甚至是將催化劑與微生物結(jié)合以產(chǎn)生燃料的最新混合方法。

據(jù)《科學(xué)》雜志報道，美國國家可再生能源實驗室的可再生能源專家John Turner說，新的研究表現(xiàn)出“非常好的結(jié)果”。

美國加州理工學(xué)院的化學(xué)家Nate Lewis說，新的結(jié)果是其他最近的改進延伸，該結(jié)果也表明相關(guān)的研究正在取得進展。不過，Lewis也警告稱，目前將二氧化碳轉(zhuǎn)化為燃料的努力仍然保持在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域，它們目前還遠不能以接近煉油的成本來生產(chǎn)燃料。

然而，目前可再生能源的偶爾激增性的供應(yīng)可能會超出電網(wǎng)可承受的范圍，可能會給電網(wǎng)造成沖擊。所以，科學(xué)家們正在尋找一種可行的方式來存儲多余的電力。Gr?tzel說，這可能也會進一步推動化學(xué)燃料在儲存能源的發(fā)展。