捕获太阳能并将其转化为燃料和原料是一项全球性挑战，涉及众多学科和研究领域。数十亿年的进化赋予自然生物具有能够捕获阳光并以碳-碳和碳-氢键形式存储能量的能力。光合天线蛋白以高收率将太阳光子和漏斗光激发捕获到反应中心，然后酶催化多电子反应，促进了人工设计的催化剂催化的化学转化。可再生能源领域的研究人员通常希望了解自然界的工作机制，并在可能的情况下探索将其转化为人工系统的方法。近日，加拿大高级研究所（CiFar）Edward H. Sargent等总结了生物启发在生物光捕获和化学能转换领域中的进展。
本文要点：
1）作者研究了生物学中的多光子和多电子反应如何启发光氧化还原化学中的新方法，以实现新颖，选择性和复杂的有机转化；来自碳脱氢酶启发的设计原理如何实现催化反应，例如将二氧化碳转化为有用的产品，例如燃料；以及来自光合天线复合体和反应中心的概念如何给人造光捕获材料带来启发。
2）然后，作者总结了生物启发在分子和材料的合理设计，催化剂合成能力的扩展以及分子构筑单元的稳定方面取得的进展。作者重点介绍了实现这些所必须克服的挑战，并提出了可以利用生物启发实现这些目标的新方向。
Andrew H. Proppe, et al. Bioinspiration in light harvesting and catalysis. Nat. Rev. Mater., 2020
DOI: 10.1038/s41578-020-0222-0
