问：人工光合作用目前的进展和难点是什么？
- 答：人工光合作用技术是指研究人员仿效自然界的光合作用，利用纳米大小的光感应材料将光能转换成电能，由此产生氧化还原酶反应。简而言之，这是一种利用光能生成精密化学物质的技术。这种人工光合作用技术有望成为绿色生物工程研发的开端，凭借该技术能够利用太阳能生产具有高附加值的各种精密药品。近年来，环境污染与能源枯竭成为全世界的头等难题，一方面人类工业文明对煤炭、石油等化石能源的需求日益增大，导致这些资源日渐枯竭；另一方面，化石能源的使用还会导致气候变暖和环境污染，已严重威胁人们的生存。这两方面彼此关联，相辅相成，只要解决其中一个，另一个也就迎刃而解。寻求高效清洁的可再生能源成为世界科学家的共同课题，而其中太阳能又以其长寿、无限、大功率、无公害、可现场获得等优点而倍受青睐。目前人类所使用的化石燃料几乎都是远古的植物以还原碳元素的形式固定下来的，因为有了植物这个载体，在燃烧时势必会产生废气、废渣等大量有毒物质以及随之而来的温室效应、臭氧层破坏等。另外，人类对太阳能的利用率很低，即使是转化效率较高的硅太阳电池也由于其获得电能的价格远远高于常规方法而不能大规模市场化。大家也许不知道，只要阳光照射地面1小时，就可产生满足所有人类1年所需的能量。一方面是日益紧迫的新能源开发需求；另一方面是现成的太阳能无法有效利用。这种种困境和矛盾促使科学家寻找更加可行的方法利用太阳能。其实，有一种方法就在我们身边，天天都在进行，大自然早就给我们做出了标准而高效的光转化作用模式，那就是一一光合作用。
- 答：人工光合作用的研究内容有两个：光催化的水分解和光催化的二氧化碳还原。具体的科学问题这里不讨论，我只提一点，就是目前人工光合作用的研究有一个逻辑上的困境：以光解水为例，当前光解水的研究都集中在将光敏材料与催化剂集成在一起，做成光催化剂（A, photocatalysis）或者光电化学池（B, photoelectrochemical cell）,不仅技术困难（合成光敏剂，合成催化剂，匹配半导体，构建电子传递通路）,而且成本高昂（贵金属光敏剂或催化剂，半导体），最后能量转化效率(solar-to-fuel efficiency)还非常低（<1%），费时费力不讨好。目前成熟的太阳能电池板能量转化效率在20-30%左右，而商用电解水装置的效率大概在70-80%左右，如果把这两者串联，那么总的能量转化效率solar-to-fuel efficiency也在20%左右，远远高于目前人工光合作用的最高效率（12.3%——其实这个效率也是用钙钛矿太阳能电池与电解水装置串联取得的， 严格意义上也不属于传统的光解水），而且还很便宜。
- 答：关于难点，肤浅的说几个对于分子催化：甭管什么染料、催化剂、组装方法，大部分体系的稳定性很差，能扛住五分钟不衰减，Jacs等你（现在单纯做分子催化很难发表高水平的论文）。对于半导体催化：好用的半导体就那么几个，光阳极有BiVO4（不是很稳定，难修饰，速率控制步骤不在催化反应过程）、Fe2O3（电导率，迁移率很差）、WO3（吸光范围不佳）；光阴极有NiO（非可见光吸收，很挫）、Cu2O（相当不稳定，需要保护）。特别是光阴极，如果能找到更好用的可见光吸收的p型半导体，意义很大。目前来看人工光合作用的发展方向应该是有机分子-无机半导体杂化，详细的内容可以关注我们将在joule发表的一篇综述，因为还在技术编辑那里校稿，上线的话会贴在这个答案里，目前看不到，抱歉。只是简单说说自己浅显的看法，欢迎大家一起讨论。
问：人工光合作用目前的进展和难点是什么？
- 答：光合作用广泛存在于自然界，叶绿体收集太阳光能，将水和二氧化碳转化为有机物（首先是葡萄糖），放出氧气。
但这只是最终结果，整个过程一开始是将水和二氧化碳气转化为氧，自由的质子和电子。在光合作用中产生了两个化学反应，叶绿素分子失去两个电子，水分子发生分解。尽管光合作用在各种教科书中都得到了详尽的阐述，但是想人工实现这一过程却绝非易事，主要的问题在于缺少有效地电解水的媒介，在植物中充当这一媒介的是叶绿体。
众所周知，水能够电解成氢和氧，但整个过程毫无意义。为了提高这一性能，化学家们提供了能促使反应在更低电压情况下进行的催化剂。只有钌和铂能充当这种媒介，当然这两种金属都很昂贵，除此之外，反应要进行还需要特定的温度条件和气压。
模拟光合作用储存太阳能的技术早在上世纪70年代初就进入了科学家的视线。几十年来，研究人员一直在尝试复制绿色植物分解水的方式。利用化学方式，科学家早已能够完成水的分解反应，但这些化学反应条件非常苛刻，温度很高，溶液具有腐蚀性很强的碱性，而且催化剂需要用到铂等稀有而昂贵的化合物。丹尼尔的设计就像光合作用一样，分解水的反应在室温下就可进行，溶液也没有腐蚀性，更重要的是催化剂非常便宜，可以很容易地得到氢气和氧气。
问：人造光合作用的前景
- 答：人工模拟光合作用经历了由简单到复杂，从经典的共价键体系到进入超分子化学，化学分子自组装的方式，由脂溶性溶剂到水溶性溶剂这样一个逐步发展的过程 ，光解水的研究也已经进行了半个世纪，并在20世纪七八十年代的20年间在全世界范围内达到了高潮，但是仍未能在技术上取得突破，实现大规模应用。究其原因，在于新能源的发展方向上有多条路线在相互竞争。经典化石燃料煤、石油、天然气最多可以用200年，而可燃冰的预计储量相当于前三者储量之和的三倍。但从人类社会的可持续发展来看，太阳能是未来可替代化石能源最有竞争力、取之不尽而一劳永逸的资源。 尽管光解水法，中心色素模拟等人工模拟光合作用的方法还在实验室阶段或尚未大面积推广，但众多科学家的努力已经把人工光合作用的研究大大向前推进了一步
