研发高效的减污降碳、CO₂资源化手段，是实现可持续发展的科学热点问题。自然界的光合作用能够解耦光吸收和CO₂还原过程，为利用间歇性太阳能（昼夜、阴晴）提供了新思路。太阳光能量密度低且供给不稳定，难以用于可控的CO₂资源化转化。因此，如何利用间歇性太阳能，并结合烟气余热，实现CO₂可控、高效转化，具有重要的科学和现实意义。

地球环境研究所空气净化新技术团队（AirPNT）联合多家单位，创新提出利用太阳能收集氢原子和电子、实现CO₂资源化的新思路，成功克服太阳能的间歇性供给限制，结合工业余热在低温（低至150°C）下实现了CO₂的按需转化。团队受自然光合作用启发，设计利用太阳光和水在催化剂中储存电子和氢原子新方法（图1），储存的电子和氢原子可在加热条件下释放，用于低温还原CO₂，实现CO₂的按需转化。概念验证实验中，Cu负载至WO₃获得Cu/WO₃催化剂。在光照下，光催化水分解，生成的氢原子与电子储存在Cu/WO₃中，形成亚稳态中间体（Cu/H_xWO₃）。随后，低温下（150–300°C）加热激活Cu/H_xWO₃，释放储存的电子和氢原子，实现CO₂还原。实验进一步证明了自然光驱动思路的可行性（图2），为利用间歇性太阳能、实现CO₂资源化开辟了新途径。该成果基于地球环境研究所近年来“形成可复制、易推广减污降碳技术”的研发布局和成果积累，将有力推动绿色能源驱动CO₂深度转化的科学技术与产业化发展。

该成果近期发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。中国科学院地球环境研究所博士研究生石先进为论文第一作者。中国科学院地球环境研究所黄宇研究员、中国科学院大气物理研究所曹军骥研究员和中国科学技术大学熊宇杰教授为论文共同通讯作者。陕西师范大学和香港科技大学（广州）的研究团队也参与了该工作。该研究得到中国科学院战略先导专项、中国科学院青年交叉团队项目，及国家自然科学基金的共同资助。

相关文献：Xianjin Shi; Wei Peng; Yu Huang*; Chao Gao; Yiman Fu; Zhenyu Wang; Leting Yang; Zixuan Zhu; Junji Cao*; Fei Rao; Gangqiang Zhu; Shuncheng Lee; Yujie Xiong*; Integrable utilization of intermittent sunlight and residual heat for on-demand CO₂ conversion with water. Nature Communications 2024, 15, 10135.

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-54587-2

图1存储电子和氢原子实现按需CO₂转化示意图

图2 外场示范应用结果