人工光合作用突破：化學家打造「四電荷分子」助力碳中和燃料
瑞士巴塞爾大學的化學團隊近期在《Nature Chemistry》發表成果，開發出一種能同時儲存四個電荷（兩正、兩負）的分子，向人工光合作用邁出關鍵一步。這項設計靈感來自植物光合作用：植物利用陽光將二氧化碳轉化為富含能量的糖分子，動物和人類再透過代謝釋放能量並回收 CO₂，形成自然循環。若能仿效這一過程，就可能利用太陽能生產碳中和燃料，例如氫氣、甲醇或合成汽油，燃燒時僅排放與製造過程相同的二氧化碳。
由教授 Oliver Wenger 與博士生 Mathis Brändlin 領導的研究指出，這種分子由五個串聯部分組成，各自承擔不同功能：一端的兩個單元在釋放電子後帶正電，另一端則接收電子而帶負電；中間核心則是捕捉光線並觸發電子轉移的光敏元件。這種結構設計使分子在光照下能逐步累積四個電荷，成為推動化學反應（如水分解為氫和氧）的能量來源。
有望推動碳中和燃料開發
在實驗過程中，研究人員使用兩次光脈衝來驅動反應。第一次光照會產生一對正負電荷，並分別移動到分子兩端；第二次光照重複此過程，最終形成兩正兩負的儲能狀態。更重要的是，這一過程在相對微弱的光照下即可完成，接近自然陽光強度，遠比先前依賴高強度雷射的研究更接近實際應用。同時，分子中的電荷能維持足夠長的時間，足以進一步驅動化學反應。
研究團隊強調，雖然這種分子尚未構建出完整的人工光合作用系統，但它提供了重要的中間環節，幫助科學家更好地理解人工光合作用中至關重要的電子轉移機制。未來若能將這一原理拓展並整合至完整反應路徑，將為可持續能源的開發帶來新契機。Wenger 表示，這項成果不僅是基礎研究的突破，也為長遠的碳中和燃料發展提供了嶄新思路。
這項研究展現了人工光合作用逐步落實的可能性，讓人類更接近於以陽光直接驅動清潔燃料生產的願景。
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首圖來源：Deyanira Geisnæs Schaad(CC BY 4.0)
圖片來源： Nature Chemistry(CC BY 4.0)
參考論文：
1、Photoinduced Double Charge Accumulation in a Molecular Compound