在全球迈向碳中和的进程中，甲烷与二氧化碳既是造成温室效应的“元凶”，也是潜力巨大的碳资源。因此，将两者“变废为宝”合成燃料与化学品已成为学术界与能源行业共同追逐的圣杯。然而，甲烷和二氧化碳分子十分稳定，传统转化方法需高温高压，存在能耗高、成本大及催化剂易失活等问题。光催化可在常温常压下进行，但面临光吸收弱、载流子复合快等挑战。因此，如何在温和条件下实现甲烷与二氧化碳共转化是全球能源化学领域亟待破解的核心科学问题。
鉴于此，华东师范大学化学与分子工程学院、石油化工分子转化与反应工程全国重点实验室何鸣元院士、韩布兴院士、吴海虹教授团队以及上海交通大学周宝文副教授团队在《自然•光子》期刊（Nature photonics2025, doi:grg/10.1038/s41566-025-01800-3）上发表以“Light-based catalyst-free conversion of CH4 and CO2”为题的研究论文，为甲烷和二氧化碳转化制备燃料和化学品提供了一条新的绿色可持续方案。
《自然•光子》期刊报道何鸣元院士、韩布兴院士团队科研成果
该团队报道了一种无需催化剂的转化策略，仅利用光子能量作为驱动力，即可将甲烷和二氧化碳转化为一氧化碳、氢气和乙烷。研究发现，波长为185 nm的高能光子可以引发反应，同时转化效果可利用不同能量光子（200–1100nm）的协同效应进一步增强。此外，适量引入水能显著提高反应效率，并且在模拟外太空无氧环境的实验中，实现了1.51%（24小时）的总气体转化率。
该研究突破了传统方法对高温与催化剂的依赖，为甲烷和二氧化碳的资源化利用提供了低能耗、绿色可持续的新途径，有望推动碳循环升级与化工绿色转型。其在模拟太空环境中的良好表现，也为未来地外资源原位利用和深空探索的能源供给提供了潜在可能。此外，该研究还搭建了光子科学与化学合成的交叉桥梁，为绿色可持续的化学反应提供了新的研究思路，推动了跨学科领域的发展。
光子驱动的甲烷和二氧化碳转化
该研究成果近期在线发表于Nature photonics期刊，并被Chemical & Engineering News做专文报道。华东师范大学为第一完成单位，化学与分子工程学院博士毕业生翟建新为论文第一作者，何鸣元院士、韩布兴院士、吴海虹教授以及上海交通大学周宝文教授为论文共同通讯作者。研究工作获国家重点研发计划、国家自然科学基金、中央高校基础研究基金、上海市基础研究先导计划等经费支持。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41566-025-01800-3
