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本文2228字，阅读约需6分钟 摘 要：2021年6月6日逝世的诺贝尔化学奖得主根岸英一（美国普渡大学特别教授）曾言：“通过人工实现植物光合作用是能够实现的”。根岸于2010年宣布召集120名以上日本化学研究人员开始进行“人工光合作用”研究，之后进行了各种各样的研究，截止目前已经过去了超过10年。随着全球“碳中和”运动的加速，为了减少各个领域的二氧化碳排放量，“如何不排放二氧化碳”备受关注。目前，正在研究通过“使用（吸收）”二氧化碳来减排的创新技术。其中一种方法便是上述“人工光合作用”。“人工光合作用”利用太阳能从水中生产清洁氢，将从工厂和发电厂等排放的二氧化碳转化为基础化学品（塑料等的原料）。“人工光合作用”研究取得了一系列成果，正进入实用化探索阶段。 关键字：人工光合作用、光催化剂、分离膜、合成催化剂、绿氢 自然界中的光合作用发生在称为“叶绿体”的植物细胞器中，其中阳光、水和二氧化碳是不可缺少的元素。在“人工光合作用”中，需要代替植物与太阳光反应以将水分解为氧气和氢气的“光催化剂”，仅提取出氢气的“分离膜”，以及促进氢气与二氧化碳结合来进行化学合成的“合成催化剂”（图1）。 图1：通过人工光合作用储存太阳能
近年来，人工光合作用备受期待，甚至被称为“梦寐以求的清洁能源”，而日本实际上在该领域位于世界前列。 实现人工光合作用的概念始于2011年大阪市立大学的研究小组对作为光合作用基础的蛋白质复合体结构的阐明。 此后的约10年间，研究进展迅速。2021年4月，丰田中央研究所实现了人工光合作用下世界最高水平的太阳能转换效率。 同年8月，由三菱化学和富士胶片等组成的“人工光合作用化学工艺技术研究组合”共同宣布，成功完成通过“光催化剂”从阳光和水中提取出高纯度氢气的世界最大规模实证试验。 研究人员一直在研究“光催化剂”的“太阳能转换效率”，即利用太阳能可以从水中生成多少氢气。通过人工光合作用来确保清洁能源还需要一些时间，下文对人工光合作用实用化研发的10年历史进行总结。 ■人工光合作用的实用化研究史
自然界的光合作用过程复杂而细致，还有很多尚未阐明的部分。因此，目前尚未确定人工光合作用的最佳方法。分解水的生成物和技术因所利用的合成反应而异，并且存在多种方法。 成本高也是课题之一。目前正在寻找催化剂和电极等的替代材料，这些都是导致高成本的因素。未来，价格低廉且性能优异的镍制光催化剂等有望成为更具成本优势的人工光合作用技术。 众所周知，与排放二氧化碳的石油和煤炭等化石燃料相比，通过人工光合作用制成的化学原料对环境的影响极小。虽然仍难以像植物那样制造淀粉，但如果人工光合作用投入实用，且将二氧化碳应用于人工光合作用的方法得到广泛普及的话，则有望极大地解决全球变暖问题。 未来，人工光合作用有望以低成本生产绿氢。如果能提高能量转换效率并扩大制造装置的尺寸，将有可能在成本方面匹敌天然气制氢。 在根岸的推动下，化学家们通过反复试验终于接近实现人工光合作用。接下来，需要明确人工光合作用实用化所面临的课题，并争取国家战略层面上的支持。 翻译：王宁愿 审校：贾陆叶 李 涵 统稿：李淑珊  ●利用太阳光和水将CO2转化为资源！1m2的人工光合作用电池实现10.5%的世界最高水平太阳光转换效率 |
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