有光，便有了世間萬物，便有了蕓蕓眾生。光來自于太陽，在太陽內(nèi)部，氫核聚變反應(yīng)釋放出巨大的能量，這些能量以電磁波的方式傳遞到地球，這就是太陽能。歷經(jīng)了超過150年的化石資源的開發(fā)和使用，現(xiàn)如今人類面臨著全球性的環(huán)境問題和化石資源的耗竭，迫切地需要可再生能源的開發(fā)利用。取之不盡用之不竭的太陽能，成為新能源的翹楚。太陽光照在地球上的總能量是現(xiàn)在全世界各種各樣能量消耗的一萬倍，如果能轉(zhuǎn)化利用其1%-2%的能量，就能解決地球上的能源問題。因此，科學(xué)、高效地利用太陽能一直是科學(xué)家追逐的夢想。目前, 太陽能的利用主要通過兩種形式：一種是利用太陽能發(fā)電，這在世界很多國家已經(jīng)實現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用；另外一種是將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能?？梢灶A(yù)期，將太陽能通過有效方式轉(zhuǎn)化和存儲為化學(xué)燃料，將帶來極大的經(jīng)濟、環(huán)境和社會影響。
1839年，法國物理學(xué)家 Becquerel 首次發(fā)現(xiàn)某些材料在受到光照時，其內(nèi)部電荷的分布可以發(fā)生變化。100多年后的1954年，在美國的貝爾實驗室，誕生了第一塊太陽能電池。太陽能電池目前已廣泛地應(yīng)用于人類的生活之中，比如應(yīng)用于大型的地面電站、分布式電站以及太空電源之中。同時,科學(xué)家還通過新的技術(shù)開發(fā)太陽能電池的更多應(yīng)用，比如實現(xiàn)太陽能電池的柔性化與輕質(zhì)化，將其直接安裝于人類服裝、移動電源等更多的應(yīng)用場景之中。
利用太陽能分解水產(chǎn)氫轉(zhuǎn)化二氧化碳為甲醇示意圖
太陽光還可以轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。我們身邊的植物就是將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的能工巧匠，它們每天悠閑自得地享受著陽光，同時為人類提供豐富的物質(zhì)和能量。一片葉子，蘊含著自然界中能量轉(zhuǎn)化的秘密，葉綠體這個精巧的結(jié)構(gòu)集太陽光的吸收、轉(zhuǎn)化和存儲于一身，堪稱“太陽能轉(zhuǎn)化工廠”。人類從綠葉的自然光合作用中得到靈感，期望開發(fā)高效的人工光合體系。在科學(xué)家眼里，人工光合作用的研究是一項“化學(xué)圣杯”，它將是未來解決能源和環(huán)境問題最理想的方案之一，深深吸引著人們尋找有效的方式進行多種體系的設(shè)計。通過模擬自然的光合作用，人們期望得到一種類似自然界綠葉甚至比它更優(yōu)化的系統(tǒng)，成為高效的太陽能制備化學(xué)燃料的工廠。人工光合體系捕獲太陽光，不僅可以實現(xiàn)水分解制氫，為人類生活提供零污染的能源動力，還可以進行二氧化碳的固定，生產(chǎn)方便儲存、利用的碳氫燃料。
要讓非常穩(wěn)定的水和二氧化碳在光的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，實現(xiàn)人工光合作用過程，勢必需要攻克無數(shù)個技術(shù)問題和科學(xué)難關(guān)。當(dāng)前，人工光合作用研究最有效的策略當(dāng)屬光催化或光電催化過程，其原理不同于傳統(tǒng)的催化，是一個更加具有挑戰(zhàn)性、更加復(fù)雜的過程，涉及到光的捕捉和轉(zhuǎn)化、電荷的分離和傳輸以及復(fù)雜的催化反應(yīng)過程。太陽光捕獲需要利用高效的吸光材料，光捕獲的效率越高，理論上可達到的太陽能利用效率越高；被捕獲的光能轉(zhuǎn)化為高能的光生電荷，即電子和空穴，這些電荷經(jīng)過千難險阻的傳輸過程，僅有少量電荷最終成功到達材料表面，參與水的分解反應(yīng)或者二氧化碳的還原反應(yīng)，生成我們所需要的氫能等化學(xué)燃料。
2009年至今，中科院大連化物所李燦院士團隊致力于太陽能轉(zhuǎn)化利用關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)的研發(fā)和太陽能電池技術(shù)的發(fā)展，并致力于人工光合成制備太陽燃料過程的研究。先后在國際上發(fā)展了光催化體系的雙助催化劑策略；提出了半導(dǎo)體異相結(jié)促進光生電荷分離的慨念；發(fā)現(xiàn)了晶體光催化劑晶面間電荷分離效應(yīng)；并通過自主研發(fā)空間分辨表面光電壓譜（SRSPS）和開爾文探針原子力顯微鏡 （KPFM），在國際上最早實現(xiàn)了實際光催化劑表面光生電荷的成像?；诨A(chǔ)研究的進展，構(gòu)筑了多個高效光催化分解水體系。這些工作受到國際太陽能光化學(xué)和光催化領(lǐng)域的高度關(guān)注和重視。李燦也憑借其在太陽能光催化和光電催化研究方面所做出的貢獻獲得2017年日本光化學(xué)獎。
來源：中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所
