人工光合作用的想法很诱人:可以吸收阳光和二氧化碳的装置，然后在有水的情况下产生燃料。这些设计已经从 2011 年的分解水生产氢燃料的系统发展到更新、更复杂的系统，旨在通过使用它来制造碳基燃料来减少二氧化碳。
但进展缓慢。多年来，研究人员已成功制造出能够高效生产氢气的系统，并且最近设计了一种可以制造合成气的系统，合成气是一氧化碳和氢气的混合物，可用于制造甲醇等其他产品。但是直到现在，研究人员还没有找到一种可以直接酿造有用液体燃料的设备。
剑桥大学的研究人员现已制造出第一片可以将二氧化碳转化为液体燃料丙醇和乙醇的人造树叶。虽然其他人之前已经证明了电力驱动的二氧化碳转化为燃料，但《自然能源》杂志报道的这项新工作是利用阳光一步一步直接从二氧化碳中生产清洁、有用的燃料的关键进展。
世界各地的科学家都在尝试制造太阳能燃料，以此来储存太阳能以供日后使用，并消除大气中的二氧化碳排放。人工光合作用属于这一广泛的范畴，可以使用多种方法来实现。一种是光催化，其中阳光直接照射在二氧化钛等光驱动催化剂上，触发化学反应以减少二氧化碳和分解水。
剑桥团队改为采用光电化学方法，该团队成员兼剑桥大学化学研究员Motiar Rahaman解释说。这种方法涉及一个带有半导体光电极的电池，该电池吸收阳光并产生电能，从而为催化剂驱动的化学反应提供动力。2019 年，剑桥大学化学教授Erwin Reisner及其同事制造了第一个此类人造树叶装置，该装置可产生合成气，随后在 2022 年推出了此类装置的轻型漂浮版本。
这些设备中的每一个都有一个由光伏钙钛矿和钴催化剂组成的阴极，以及一个由光催化剂钒酸铋制成的阳极。当设备浸入水中时，钒酸铋吸收阳光并触发在阳极分解水的过程。同时，在阴极，钙钛矿发电，驱动钴催化剂还原二氧化碳并产生合成气。
Rahaman、Reisner 和团队现在已经用他们配制的特殊催化剂升级了该设备，这使得该设备能够生产多碳醇而不是合成气。Rahaman 说，铜是唯一已知的可以从二氧化碳中形成多碳产品的金属，但是这个过程需要大量的能量。因此，研究人员将其掺杂钯制成双金属铜-钯催化剂，“以低电位、低能量完成这项工作。”
当浸入阳光下的水中时，该装置几乎立即激活并开始产生酒精——丙醇与乙醇的比例为一比一。研究人员让反应在实验室进行了 20 小时，然后将酒精从反应器中分离出来。
Rahaman 说，它仍处于早期阶段，而且该设备非常小——每边只有 5 毫米。它每平方厘米面积仅产生微升酒精。但该团队正在努力通过优化光吸收材料以收集更多阳光并调整催化剂以将更多二氧化碳转化为燃料来提高设备效率。他们还计划扩大该设备的规模，以便它可以生产更多的燃料。
“该设备仍然很小，因为我们刚刚发明了这项技术，”他说。“我们现在正在获取微升量的酒精。但是我们发明了科学。现在，这将是一项技术工程努力，以扩大规模。如果我们增加表面积，那么产品的数量就会增加。”
