西湖大学Nature封面：人工光合作用效率首超自然界——高校原创热点长篇新闻
西湖大学在人工光合作用领域取得了突破性进展，其研究成果登上Nature封面，标志着人工光合作用效率首次超越自然界。这一科研突破不仅彰显了西湖大学在前沿科学领域的卓越实力，也为全球能源与可持续发展难题提供了创新解决方案。
一、研究背景与突破性意义
光合作用是自然界最重要的生物化学过程之一，但自然光合作用的效率极低，光利用率不足1%。长期以来，科学家们致力于通过人工模拟光合作用来提高能量转化效率。西湖大学的研究团队通过构建高效的人工光合作用体系，成功实现了光利用率超过6%，首次在效率上超越了自然光合作用。这一突破为可再生能源转化、生物固碳和生物合成等领域开辟了新路径。
二、核心研究内容与技术路径
西湖大学团队采用量子点与细菌杂交体系，构建了人工光合作用系统。研究通过优化量子点合成工艺（如热注入法），制备出尺寸约7nm的InP/ZnSe/ZnS量子点，其吸收峰位于610-620nm。量子点与细菌细胞内部直接接触，产生的光电子可高效转移至细胞质中的氢化酶，驱动二氧化碳还原为乙酸。通过工程化改造的大肠杆菌，乙酸进一步转化为青蒿素前体紫穗槐二烯，完成了对自然光合作用的闭环模拟。该体系光利用率达6%以上，每升溶液每周乙酸产量达克级，展现出工业化放大潜力。
三、技术创新点与科学贡献
量子点生物相容性突破：研究团队首次将量子点应用于非光合细菌体系，验证了细胞内量子点产生的电子是主要贡献。透射电镜观察显示，量子点大部分分布在细菌细胞内部，少部分分布在细胞膜表面，形成了高效的电子传输路径。
光合效率超越自然：通过优化杂交体系条件，建立了严格的人工光合测试体系。在光照条件下，体系光利用率显著高于自然光合作用，光合产物乙酸产量达0.89 mmol·L⁻¹·h⁻¹，量子效率为6-8%。
闭环模拟自然光合作用：结合两种非光合细菌，实现了从二氧化碳到高附加值化学品的转化。工程化大肠杆菌将乙酸转化为青蒿素前体紫穗槐二烯，总收率最高达91μg，完成了光合作用完整的人工模拟过程。
四、研究成果与产业化前景
西湖大学的研究成果不仅在学术上具有里程碑意义，也为实际应用提供了广阔前景。高效的人工光合作用体系可应用于大规模太阳能-化学能转化、生物固碳和生物合成等领域，为解决全球能源和可持续发展问题提供了新的思路。例如，该体系可实现温室气体二氧化碳的还原以及高附加值化学品的生产，展示了在二氧化碳固定和复杂有机化学品生产方面的应用潜力。
五、学术影响与社会价值
西湖大学的研究成果得到了国际学术界的高度认可，相关论文发表在Nature等顶级期刊上。该研究不仅推动了人工光合作用领域的发展，也为高校原创科研提供了典范。通过将半导体材料学和生物学交叉融合，西湖大学团队在解决全球性挑战方面展现了高校科研的创新力量，为全球能源转型和可持续发展贡献了中国智慧。
西湖大学Nature封面：人工光合作用效率首超自然界
研发新型高稳定阴离子交换膜材料：西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心孙立成院士团队在《Angew. Chem. Int. Ed.》发表研究成果，成功开发出一种新型聚芳甲基哌啶（PAMP）阴离子交换膜（AEM），为AEM的创新开发提供更多可能性，加速了阴离子交换膜电解水制氢（AEM-WE）的产业化进程。该材料通过独特的“悬垂结构”设计，显著提升了AEM的碱稳定性和机械性能，使电解水制氢设备在工业级电流密度下稳定运行超过1500小时，相关性能指标达到国际领先水平。
研究铜基催化剂在碱性CORR过程中的表面重构现象和驱动力：西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心杨汶醒实验室对铜基催化剂在碱性CORR过程中的表面重构现象和驱动力展开深入研究，相关成果以“Spontaneous Reconstruction of Copper Active Sites during the Alkaline CORR: Degradation and Recovery of the Performance”为题发表在JACS上。该成果揭示了碱性CORR过程中铜催化剂“表面结构-反应中间体-活性关系”的动态演变规律，发现铜催化剂表面纳米化及产生的密集纳米晶粒/晶界是其长时间电催化CORR性能衰减的关键原因。
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提出新型SnNCN催化剂低过电压高效还原二氧化碳：西湖大学人工光合作用与太阳能燃料中心发表相关研究成果。
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