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科學家正致力於模仿自然光合作用，利用陽光將二氧化碳轉換成高能化合物，例如氫氣、甲醇或合成汽油。這些「太陽燃料」若被燃燒，所釋放的二氧化碳僅等於製造過程中消耗的量，因而被視為具碳中和潛力的未來能源。

近期來自瑞士巴塞爾大學（University of Basel）的教授溫格（Oliver Wenger）與博士生布蘭德林（Mathis Brändlin）發表一項突破：他們成功設計出一種特殊分子，能在光照下同時儲存四個電荷――兩個正電荷與兩個負電荷。

這項成果之所以重要，在於多電荷的中間儲存是將太陽能轉換成化學能的關鍵步驟，可用於驅動化學反應，例如將水分解為氫氣與氧氣。研究團隊設計的分子由五個部分串聯而成，各自負責不同功能。一側的兩個部分能釋放電子並帶正電，另一側的兩個部分能接收電子而帶負電，中間則配置了一個捕捉光子的元件，以啟動後續電子轉移反應。

為了產生四個電荷，研究人員採取分步驟激發的方式。他們利用兩次光脈衝：第一次光照產生一對正、負電荷，並分別移動至分子兩端；第二次光照則重複此過程，使分子最終同時帶有兩對正、負電荷。

布蘭德林解釋，這種「逐步激發」大幅降低了光照需求，使反應能在接近自然太陽光強度的環境下進行。過去的相關研究往往需倚賴高能量雷射光，與真實應用相去甚遠。此外，此分子的電荷能保持穩定，為後續化學反應提供可利用的能量來源。

不過目前此分子尚未建構成完整的人工光合作用系統，但研究團隊強調，這項研究讓他們更深入了解光合作用中電子如何轉移，也希望這項技術未來有機會能為全球能源轉型提供新的解方。

Brändlin, M., et al. (2025). Photoinduced double charge accumulation in a molecular compound. Nature Chemistry. Advance online publication.