化石燃料的消耗使得大气中CO₂的浓度逐年累积造成温室效应和气候变暖。主要利用太阳能将CO₂转化为增值的化学品，一方面可以降低CO₂浓度，另一方面也可以满足了对化石能源日益增长的需求，这是实现“碳达峰”和“碳中和”目标的关键。这个反应过程是仿生的储能过程。将光电和热三种催化技术耦合到同一个催化体系中，从而通过光电热的协同效应改善单一催化体系的技术缺陷是催化二氧化碳还原的更有效途径，也是人工光合成的本质所在。技术的关键是空心的碳基半导体催化剂模拟了植物细胞的结构，光电反应池中的外加光辐照、电压和内生的热电子模拟太阳光、植物的膜电压以及细胞本身的热效应等。这种仿生设计有利于多碳（C2+）的碳氢化合物和醇类产物的生成，更具有工业价值和潜力。

根据上述的设想，他们这次设计并制备出了CdIn₂S₄-N/C中空异质结构用作光电阴极催化剂，其中CdIn₂S₄作为光吸收剂捕获光子以形成光生电子，氮掺杂碳材料（N/C）作为“热点”和反应活性位点促进光电热催化CO₂还原和碳碳偶联反应。BiVO₄-FTO作为光电阳极用于释放氧气。反应体系能够将CO₂高效且选择性地还原为乙二醇等产物。

热学研究证实了CdIn₂S₄-N/C催化剂同时具有优异的光热以及热电性能。此外，LSV、瞬态光电流响应、电荷分离效率、EIS和ECSA等测试证明了CdIn₂S₄-N/C异质结构表现出独特的光电或电化学性能。DFT计算证实，吡啶N和吡咯N位点更有利于CO₂分子通过卡宾（^*=C=O）和^*OC-COH中间体生成乙二醇等C2产物。原位实况红外光谱中也清晰地观察到了中间体和产物对应的振动峰，证实了这一反应机理的合理性。综上所述，该研究策略为开发具有优异的光、热以及电化学性能的新型催化剂提供了研究思路。

兰州大学景欢旺教授团队从事二氧化碳绿色转化研究工作二十余年，从事染料敏化太阳能电池工作和目前的光电催化二氧化碳还原（人工光合成）工作十余载。积多年和在不同基础研究领域的经验和对仿植物光合作用的研究经验，认为只有对有机-无机杂化材料进行系统和深入的研究，才能找到高效的仿生光电催化剂像植物光合作用一样把二氧化碳还原、释放氧气和贮存能量到有机物中（逆热力学过程）。故此呼吁：为了早日实现习近平主席提出的中国2060碳中和愿景，光催化和电催化研究领域的众多学者们应尽快转变研究思路，集中到研究这种光电协同催化或光电热协同催化二氧化碳还原的工作中来，共同努力做出中国的零到一，实现人工光合成的工业化生产，造福全人类。

原文请见：“Photoelectrothermocatalytic reduction of CO₂ to glycol via CdIn₂S₄-N/C hollow heterostructure mimicking plant cell” Chemical Engineering Journal, 2024, 485: 149707；https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.149707