化學工業(yè)作為醫(yī)藥、化肥和塑料制造的基石，長期以來嚴重依賴化石燃料作為能源和原料來源。盡管全球都在尋求低碳轉型，但傳統(tǒng)工藝的高碳排放問題依然嚴峻。近日，劍橋大學（University of Cambridge）研究團隊在《焦耳》（Joule）期刊上發(fā)表了一項突破性成果：他們成功開發(fā)了一種手掌大小的“人工樹葉”裝置，能夠直接利用陽光將空氣中的二氧化碳轉化為清潔燃料甲酸（Formate），且整個過程不使用任何有毒物質。

仿生設計突破穩(wěn)定性瓶頸

這一創(chuàng)新的核心在于其獨特的“半合成”多層結構。研究人員模仿植物光合作用原理，將有機半導體與從鹽還原細菌中提取的酶相結合。其中，有機半導體負責吸收光能，而酶則充當催化劑，將二氧化碳和水轉化為燃料。與傳統(tǒng)無機材料不同，有機半導體不僅不含鉛等有毒元素，還具有高度的可調節(jié)性。

研究團隊首席研究員塞琳·楊（Céline Jung）博士指出：“將有機半導體與生物酶結合，既保留了生物酶的高選擇性，又克服了傳統(tǒng)材料在光響應和毒性方面的缺陷。”這種混合系統(tǒng)的設計，旨在解決以往“人工樹葉”技術中常見的效率低下和穩(wěn)定性差的問題。

此前，大多數類似裝置因輔助材料降解導致酶失活，壽命極短。劍橋團隊通過引入一種名為“碳酸酐酶”的額外酶，并將其嵌入二氧化鈦多孔結構中，顯著提升了裝置的耐用性。這使得設備能夠在類似蘇打水的簡單溶液環(huán)境中連續(xù)運行超過24小時，是以往模型壽命的兩倍以上。

從燃料到醫(yī)藥原料的閉環(huán)驗證

為了證明該技術的工業(yè)潛力，研究團隊并未止步于燃料生產。他們進一步利用生成的甲酸作為起始原料，通過一系列化學反應合成了用于制藥行業(yè)的中間體化合物。實驗結果顯示，該過程不僅產率高，而且產物純度極高，這為技術從實驗室走向規(guī)模化工業(yè)生產提供了關鍵證據。

該項目負責人歐文·賴斯納（Erwin Reisner）教授表示，這項發(fā)明有望成為未來綠色燃料和化學品生產的基礎設施。然而，他也強調，目前該技術仍處于實驗階段，距離商業(yè)化量產仍有較長道路要走。下一步的研究重點將集中在延長設備壽命以及拓展其生成更廣泛化學品的能力上。

這一突破對于正處于能源轉型關鍵期的全球化工行業(yè)而言具有深遠意義。中國作為全球Zui大的化工生產國和消費國，正大力推動綠色制造和碳中和進程。劍橋大學的這項技術展示了利用可再生能源直接固碳并轉化為高附加值化學品的可能性，為中國企業(yè)提供了新的技術參考方向。

面對國際前沿技術的快速迭代，中國企業(yè)在布局氫能、電化學合成及生物制造等領域時，應重點關注此類“光-電-化”耦合技術的工程化應用潛力。通過加強產學研合作，加速關鍵催化劑材料的本土化研發(fā)與工藝優(yōu)化，有望在未來的綠色化工競爭中占據先機，實現從跟隨到引領的跨越。