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上海科技大學物質科學與技術學院教授林柏霖課題組通過新型電極的構造和系統工程優化，首次開發出了太陽能到化學能的能量轉換效率超過20%的二氧化碳還原人工光合作用系統。相關成果近日在線發表于《材料化學雜志A》。

　　植物通過光合作用把太陽能轉換成電勢能，進而驅動一系列生化反應，把二氧化碳和水轉化成含碳的能量載體和氧氣，這是碳基生物利用能源和碳物質的核心基礎過程。但自然光合作用中太陽能到化學能的轉換效率太低，雖然理論值最高可達8%，但實際上光解水一般小于1%，而人工光合作用的最高能量轉換效率也不到18%。

　　林柏霖課題組創造性地開發了一種在納米多孔聚丙烯膜上負載納米多層級孔銀的一體化薄膜電極，可實現高活性、高選擇性和高穩定性的二氧化碳電還原。實驗和理論分析表明，這種納米多級孔結構不僅可以增加活性位點的數量，同時也突破了前人報道的基于薄膜電極的三相界面擴散極限的限制，從而在低過電勢下實現相對較高的二氧化碳電還原分電流密度和一氧化碳的選擇性。

　　“通過定量系統工程分析發現，該電極如果與目前最先進的太陽能電池搭配，可以充分利用太陽能電池的光電流，預計太陽能到化學能的光解水最高轉換效率約為25%。”林柏霖告訴《中國科學報》，他們同時將該電極與課題組開發的鎳鐵基陽極相結合，與商業化的太陽能電池相匹配，開發出了基于二氧化碳還原的人工光合作用系統。

　　該系統在28小時的長時間測試過程中表現出良好的穩定性，其太陽能到化學能最高轉換效率達到了約20.4%，全程平均能量轉換效率為20.1%，超過了目前所有已知的二氧化碳還原人工光合作用系統。

　　林柏霖表示，這一發現對未來人工光合作用系統的進一步突破具有指導意義。