围绕温室气体减排与能源结构转型，让二氧化碳实现“从排放物到资源”的转变，被认为是实现碳达峰、碳中和的重要技术方向之一；长期以来，科研界希望借鉴植物光合作用的自然模式，太阳能驱动下将二氧化碳与水等简单分子转化为高附加值化学品或燃料，同时兼顾减排与能源供给。然而，人工模拟光合作用要实现可持续、可规模化应用，仍面临关键科学与工程瓶颈。问题在于，在人工光合作用体系中，光照激发功能材料后会产生用于还原二氧化碳的电子和用于氧化水的空穴。它们在材料内部与界面上的寿命往往很短，容易复合湮灭，使二氧化碳还原与水氧化难以实现同步、持续与可控。换句话说，反应所需的“电荷供给”呈现瞬时性和不稳定性，导致产物选择性、转化速率以及长期运行稳定性都受到限制，成为对应的技术从实验室走向应用的主要障碍之一。造成此问题的原因，一上于电荷在材料中的快速复合机制，另一上也源于反应对时间尺度与速率匹配的要求较高：二氧化碳分子化学键稳定，活化过程需要持续、可用的还原当量；同时，水氧化反应动力学复杂，若不能与还原反应同一系统中实现“节奏一致”，就容易出现反应中断、效率下降以及副反应增多等情况。植物在长期进化中形成了较为成熟的能量与电荷管理方式，其中“暂存光生电子并在需要时释放”的机制，为人工体系提供了可借鉴的思路。针对上述瓶颈，中国科学院地球环境研究所空气净化新技术团队提出二氧化碳与水协同转化的通用策略：模拟植物暂存电子的生理过程，通过定向设计材料结构，建立“电子存储通道”，使材料在光照条件下先将电子储存起来，在反应需要时再精准释放，从而调控二氧化碳还原与水氧化的反应速率和反应程度。这一思路的重点并非单纯追求瞬时高活性，而是强调电荷供给的可管理性，以提升反应的连续性与系统运行稳定性。在验证层面，团队构建了具备电子存储功能的银修饰三氧化钨材料，并与具有催化活性组分的酞菁钴复合进行测试。结果显示，二氧化碳转化效率较单独的酞菁钴体系大幅提升，幅度接近百倍。这表明，通过“存储—释放”提升电荷利用效率，可以有效缓解电荷寿命短带来的限制，为提高整体转化性能提供了新的技术路径。从影响看，该方案的价值主要体现在三个上：其一，提出可复制的通用策略，有望为不同材料体系的构建提供方法学支撑，而不局限于单一材料的性能提升；其二，自然光条件下表现出稳定运行能力，增强了太阳能直接驱动的可行性，为降低外部能耗与系统复杂度提供了思路；其三，面向一氧化碳、甲烷等产物的实现路径更为明确，这些产物既可作为化工基础原料，也可作为能源载体，便于与现有化工与能源体系衔接，从而拓展二氧化碳资源化利用的应用场景。对策层面，推动该类技术走向规模化应用仍需多环节共同推进：一是继续提升材料体系在真实工况下的耐久性与抗污染能力，降低光照波动、湿度变化及杂质气体对性能的影响；二是围绕产物选择性与能量效率开展系统优化，减少副反应，提高单位光能驱动下的有效产出；三是强化材料—器件—系统的一体化工程验证，建立可量化、可对比的评价体系，推动实验数据向工艺参数转化；四是结合碳捕集、碳运输与下游利用的产业链布局，推动示范场景落地，形成可复制推广的工程样板。前景上，随着我国“双碳”目标持续推进，二氧化碳资源化利用将从“技术储备”加速转向“场景导向”。仿生电子存储策略为人工光合作用提供了新的解决路径，有望提升太阳能驱动体系的稳定性与可控性。下一步，若能在更广泛的催化剂组合、不同产物路线以及连续化装置中验证其通用性，并与可再生能源消纳、化工原料替代等需求结合，相关技术有望在减排与增值利用之间找到更具经济性的平衡点。
从自然中获得启发、向自然学习规律，是科学创新的重要途径。中国科研团队通过模拟植物光合作用中的电子存储机制，突破了人工光合作用中的关键瓶颈，反映了基础研究与应用创新的衔接。随着该技术方案继续优化并走向应用，利用太阳能和二氧化碳生产清洁能源的路径将更为清晰，也为应对全球气候变化与推进可持续发展提供了新的技术选择。