巴塞尔科学家研制出能储存四个光生电荷的分子，为碳中性能源带来新希望。

人工光合作用的实现可能比想象中更近一步。巴塞尔大学团队开发出一种能存储四个光生电荷的分子，加速了碳中性燃料的研发进程。在自然界中，植物通过光合作用捕获太阳能，将二氧化碳转化为富含能量的糖分子。动物和人类消耗这些碳水化合物后释放储存的能量，并将二氧化碳返回大气，构成了支撑地球生命体系的循环。

科研人员希望能在实验室模拟这一自然模式。若能用阳光生产氢、甲醇或合成汽油等高能化合物，这些燃料燃烧时就不会向大气额外排放二氧化碳，从而实现真正的碳中性。

定制化分子结构

由Oliver Wenger教授领导的团队设计的分子向该目标迈出重要一步。该分子由五个精密连接的组件构成：两个单元释放电子形成正电荷，另外两个单元捕获电子形成负电荷，中央单元则吸收阳光触发电荷转移。

存储四个电荷不仅是技术突破，更解决了人工光合作用的核心难题。制备太阳能燃料所需的许多反应（例如将水分解为氢和氧）都需要多个电子参与。若无法同时累积并稳定多个电荷，这些反应将难以高效进行。

通过两次光闪光激发，研究人员成功分步生成四个电荷。第一次闪光产生一正一负电荷并转移至分子两端，第二次闪光重复该过程，最终形成两正两负的电荷结构。"这种分步激发方式使得使用较弱光源成为可能，其强度已接近太阳光照度"，博士生Mathis Brändlin解释道。此前研究需要远超实际应用强度的激光，且新分子中的电荷能保持足够长时间的稳定性以供后续化学反应使用。

临时存储多重电荷的能力对太阳能燃料生产至关重要，这些电荷可驱动水分解制氢或合成碳中性燃料所需的化学反应。

拼图的重要一块

Wenger强调，虽然该分子尚未构成完整的人工光合作用系统，但已成为关键基础模块。"我们展示了如何用阳光高效存储多重电荷，理解这些电子转移过程让我们更接近将太阳能转化为可储存的可持续燃料。"这项研究也凸显了分子设计如何将人工光合作用从理论推向实际应用。此类突破或将重塑人类未来生产和消费能源的方式。

该研究成果已发表于《自然·化学》期刊。

如果朋友们喜欢，敬请关注“知新了了”！