自然界中的植物光合作用可以實現太陽能向化學能的轉化，植物葉片II.和I.的光合作用以鑲嵌形式存在於葉綠體的類囊體膜中，是自然光合作用有效執行的重要結構基礎。 受此啟發，近日，中科院金屬研究所瀋陽國家材料科學研究中心劉剛研究團隊與國內外多個研究團隊合作，開發了一種將半導體顆粒嵌入液態金屬中實現大規模成膜的新技術，構建了一種兼具形式和精神的新型仿生人造光合膜， 具有類似於樹葉的功能，可實現太陽能向化學能的轉化。2月23日，研究成果以“Liquid Metal-Embraced Photoactive Films for Artificial Photosynthesis”為題發表在Nature Communications上。
基於低溫液態金屬嵌入半導體顆粒製備了嵌入式半導體光敏薄膜。
太陽能光催化分解水綠氫製氫技術是一項前沿的顛覆性低碳技術，其應用的關鍵是構建高效、穩定、低成本的太陽能驅動半導體光催化材料薄膜。 目前，常用的薄膜製備技術由於製備環境惡劣或成膜質量差，難以滿足太陽能光催化水分解製氫的實際應用需求。 研究人員利用熔融的低溫液態金屬作為導電集流體和粘結劑，在選定的襯底上大規模形成薄膜，並結合軋制技術嵌入和整合半導體顆粒，實現了半導體顆粒的大規模植入。 半導體顆粒嵌入液態金屬導電集流體膜中，形成三維強接觸介面，其結構猶如“鵝卵石路面”，不僅具有優異的結構穩定性，而且具有非常突出的光生電荷收集能力。 以BiVO4（釩酸鉍）為例，嵌入的BiVO4顆粒的光電極活性是傳統非嵌入BiVO4光電極的2倍，長時間連續執行120小時後幾乎沒有活性衰減。 光電極從1平方厘公尺放大到64平方厘公尺後，單位面積的光電流密度仍能保持在70%左右，遠優於大面積BIVO4光電極的活性保持率（<30%）。 同時進一步嵌入一體化產氧產氫材料，可實現光催化水分解製氫板的大規模製備，其活性比傳統非嵌入金薄膜支撐光催化材料膜在可見光照射下近3倍，連續工作100小時以上無衰減。
此外，該技術還具有通用性好、原料易等優點。 利用商業半導體顆粒（如ZNO、WO3和Cu2O等）可以實現不同基體上不同半導體光活性薄膜的大規模製備，所得到的顆粒狀嵌入薄膜的活性明顯優於對照非嵌入樣品。 整合在柔性基材上的薄膜在大曲率下彎曲 100,000 次後仍能保持 95% 以上的初始活性。 半導體顆粒、低溫液態金屬和襯底可以使用簡單的熱水超聲分離和重複使用，並且所得人造光合薄膜的重新整合表現出與原始薄膜幾乎相同的活性。