模擬活細胞奈米反應器超級人工光合作用

中國科學院大連化學物理研究所李燦院士團隊與內蒙古大學劉健教授團隊合作，於二〇二六年七月八日在美國化學會誌發表研究成果，成功開發出模擬生物活細胞結構的奈米反應器。該研究透過奈米細胞工程技術，創造出具有多層次專屬表面的中空結構，有效重現生物系統的組織與高效特性。 研究團隊的核心創新在於結合兩大仿生功能：首先是利用聚多巴胺外殼中的兒茶酚／鄰苯醌氧化還原對，作為重複接受與捐贈質子的動態中繼站，加速質子耦合電子轉移程序；其次是透過多孔外殼包圍奈米級空腔的結構，支持反應物富集、質量擴散與光子捕獲，平衡氧氣還原與水氧化的反應速率。 在可見光照射的水溶液環境下，此新型催化劑系統實現了過氧化氫光合作用速率達三點二四毫摩爾每克催化劑每小時，太陽能轉化化學能效率達百分之一點二。透過原位光譜、光化學測量與有限元模擬，團隊證實基於Z型異質結的光催化機制，為人工光合作用提供新突破策略。 研究人員進一步將此催化材料包覆於環境友善的海藻酸鈉水凝膠中，製成固體且可循環利用的光催化劑，在自然陽光下維持穩定的過氧化氫合成。此項成果不僅提升人工光合作用效率，更為能源催化與合成化學開創仿生奈米反應器設計的新應用契機。