维度网讯，剑桥大学的研究团队开发出一种人造叶子装置，它利用有机半导体与细菌酶的组合，将阳光和二氧化碳直接转化为燃料，无需化石原料。这项发表在《焦耳》(Joule)上的成果提供了化学工业脱碳的一种新路径。

化学工业目前几乎完全依赖化石燃料，不仅作为能源来源，也作为原料。剑桥大学Yusuf Hamied化学系的Erwin Reisner教授表示，化学工业是建设循环、可持续经济时必须应对的复杂问题，需要找到使该部门脱碳的办法。Reisner团队长期研究人造叶子——一种模拟光合作用、仅利用阳光和二氧化碳生产碳基燃料的设备。

早期的人造叶子设计使用无机半导体或合成催化剂，但存在降解快、光谱吸收窄或含有毒元素（如铅）等问题，难以清洁地规模化。新设备将有机半导体（可调谐、无毒且可调节）与从还原硫酸盐的细菌中提取的酶结合。共同第一作者Celine Yeung博士指出，该设备去除有毒成分并利用有机元素，能实现清洁化学反应和单一终产物，无多余副反应。这是有机半导体首次作为此类生物混合系统中的光捕获组件，避开了前几代系统存在的毒性和不稳定问题。

该设备使用从还原硫酸盐的细菌中提取的酶，可分解水或将二氧化碳转化为甲酸盐。团队还通过将辅助酶——碳酸酐酶——嵌入多孔二氧化钛结构中，使系统能在简单的碳酸氢盐溶液（类似苏打水）中运行，无需化学缓冲添加剂。共同第一作者Yongpeng Liu博士说，团队花费长时间才弄清楚特定酶如何固定到电极上，现在开始看到成果。

测试中，该设备产生高光电流并实现接近完美的法拉第效率——阳光产生的几乎所有电子都用于制造燃料，而非在副反应中损失。设备连续运行超过24小时，是之前设计的两倍多。随后，团队将设备产生的甲酸盐加入“多米诺”反应中，合成了药物化合物，实现高产率和高纯度，证明该叶片能驱动真正有用的化学合成，而不只是孤立地产燃料。

团队强调这仍是起点而非成品。延长设备寿命至24小时以上是当务之急，同时还需调整平台以生产更广泛的化学产品。Reisner表示，研究证明可以制造出高效、耐用且不含毒性或不可持续组分的太阳能驱动设备，这可能是未来生产绿色燃料和化学品的基础平台。该研究获得欧洲研究理事会(European Research Council)、英国研究与创新署(UKRI)、新加坡A*STAR以及瑞士国家科学基金会(Swiss National Science Foundation)的资助，反映出广泛的国际兴趣。

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