开发人工树叶来处理环境超载的CO2具有重要的意义。在本研究中，陕西科技大学生物质与功能材料研究所（王学川教授团队）与纤维新材料及废弃物资源化利用团队（张素风教授团队）合作，从纸上绘制的画中树叶出发，制备了一种迄今为止最接近自然叶片的人造叶片——EcoLeaf。该叶片以可见光作为唯一驱动源，在“气孔”的可控开合与“叶柄”的物质交换的联用下，实现了叶片对空气中CO2固碳速率的调节。此外，该Ecoleaf具有与自然叶片相似的纤维素组分，能够顺利地参与生态系统降解与养分循环过程，且Ecoleaf中的固碳途径具有可设计性，未来可以为其它生物固碳途径提供仿生的多功能平台。
利用树叶的光合作用实现CO2固定是地球上最关键的反应，对维持生态平衡至关重要。然而，随着全球工业化的推进，CO2排放量不断增加，光合作用已不堪重负，生态平衡面临严峻考验。在此背景下，开发高效固碳的人工树叶被提上日程。第一代人工叶片主要利用铂、钌、钴、镍等金属催化剂，在光照下催化水分解产氢反应。与自然叶片的光合作用类似，这一反应可使光能转变为可被人类储存利用的能量。然而第一代人工叶片与固碳无关，无法解决CO2排放引发的生态平衡问题。第二代人工叶片则主要通过沉积技术在InP、ZnTe、Cu2O、a/p-Si等半导体基材表面沉积光/化学催化剂，制备有线/无线配置的光活性集成元件。这类元件以太阳光为主要供能源，通过一系列氧化还原反应联合将CO2转化为有机物（如有机酸、醛、醇、烯烃、多糖等），进一步模拟人工自然光合作用。然而，现有的光电催化系统对光能的利用率有限，制备过程较为复杂且原材料昂贵。此外，多数光电催化系统使用的催化剂均为光、电及化学类催化剂，选择性较差，容易发生副反应，且催化效率明显低于生物催化剂。在大自然中，叶片光合作用的核心在于酶的催化作用。与其它催化剂相比，酶具有高效性、特异性、反应条件温和及绿色环保等优势。且随着生物技术的发展，通过微生物发酵可以较低成本实现各种酶的大规模生产。因此，基于生物催化实现CO2的固定成为了第三代人工树叶致力发展的方向。
中国古代神话故事中一位名叫马良的画家可以借助神笔使所画之物变成现实。受此启发，本研究从纸张上绘制的树叶出发，构建了如图所示的仿生功能化叶片。通过控制叶片染色深度与光照强度，该叶片能够将可见光能转化为可控的热能，以维持CA碳捕获的最佳活性。在365 nm和450 nm光源的循环激发下，EcoLeaf基质的“气孔”尺寸会循环收缩与扩张，从而实现叶片在恶劣环境下的自我保护和在适宜环境下高效捕碳的可控切换。将叶片的叶柄与水源相接，可以为叶片捕获气态CO2提供充足的质子来源，并避免固碳产物的积聚。土壤降解实验结果表明，EcoLeaf在40天内可以被自然土壤完全降解，且降解产物不会对土壤微环境造成影响，实现了“化作春泥更护花”的美好理想。
与自然叶片的固碳过程相似，该平台提供的人造叶片具备自然光合过程中不可或缺的特性，包括光捕获特性、气孔开合特性、气态CO2捕获特性、产物运输功能及生物可降解特性。Ecoleaf旨在为人工生物固碳转化提供一个仿生功能化平台，其生物固碳途径具备一定可设计性，在未来，Ecoleaf能够将碳捕获核心器官更改为其它单酶或多酶级联催化反应剂，将气态CO2转化为更丰富的C2/长链产物，从而实现一个完美的生态循环。
Zhu, Xing, Du, Chenxi, Gao, Bo, He Bin.Artificial cellulosic leaf with adjustable enzymatic CO2 sequestration capability. Nat Commun 15, 4898 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-49320-y
朱兴，2007-2016年就读于北京化工大学，师从中国科学院院士杨万泰教授；2016-2018年任新加坡南洋理工大学研究员；2018年至今以“青年拔尖人才”受聘于陕西科技大学轻工科学与工程学院。主要研究方向包括生物催化与转化、高分子材料等。现为陕西省“三秦学者”创新团队、陕西省黄大年教师团队、陕西省高校青年创新团队核心成员。主持在研国家自然科学基金、陕西省重点研发计划、陕西省教育厅重点项目等多项，并参与国家重点研发计划项目2项。2020年至今，以第一或通讯作者在Nat Commun等国际知名期刊发表SCI论文20余篇（IF总和大于170），授权发明专利5件。
贺斌，陕西科技大学轻工科学与工程学院硕士生导师，陕西省青年人才托举计划入选者。2018年获北京化工大学博士学位。国际知名期刊发表论文二十余篇，主持国家自然科学基金、陕西省重点研发计划等项目。主要从事聚合物表面改性、生物分子固定化等领域的研究。
杜晨曦，现就读于陕西科技大学轻工科学与工程学院，硕士研究生，主要从事酶法碳捕获研究。
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