二氧化碳再利用的关键一步₂制造可持续燃料的方法是将碳原子链接在一起，密歇根大学开发的人工光合作用系统可以将其中两个原子结合成碳氢化合物，具有领域领先的性能。

该系统生产乙烯的效率、产量和寿命远高于其他人工光合作用系统。乙烯是一种通常用于塑料的碳氢化合物，因此该系统的一个直接应用是收集二氧化碳否则将被排放到大气中用于制造塑料。

“其性能或活性和稳定性比通常报道的要好大约五到六倍太阳能或光驱动的二氧化碳还原为乙烯，”密歇根大学电气与计算机工程教授、该论文的通讯作者 Zetian Mi 说。学习在自然合成。

“乙烯实际上是世界上产量最多的有机化合物。但它通常是在高温高压下用石油和天然气生产的，所有这些都会排放二氧化碳₂”。

长期目标是将更长的碳原子和氢原子链串在一起以产生液体燃料可以轻松运输。部分挑战是去除二氧化碳中的所有氧气₂作为碳源和水，H₂O，作为氢源。

该设备通过两种半导体吸收光：氮化镓纳米线森林，每根纳米线只有 50 纳米（几百个原子）宽，以及它们生长的硅基底。将水和二氧化碳转化为乙烯的反应发生在铜簇上，每个铜簇约有 30 个原子，散布在纳米线上。

将纳米线浸入富含二氧化碳的水中，并暴露在相当于中午太阳光的光线下。来自光的能量释放出电子，使氮化镓纳米线表面附近的水分裂。这会产生氢气以供乙烯反应使用，同时也会产生氧气，氮化镓吸收氧气后变成氮氧化物。

铜善于附着在氢上并抓住二氧化碳中的碳，将其转化为一氧化碳。通过混合中的氢和光注入的能量，该团队相信有两种一氧化碳分子与氢键合在一起。据信该反应在铜和氮氧化物之间的界面处完成，其中两个氧原子被剥离并被分解水的三个氢原子取代。

研究小组发现，61%自由电子光产生的半导体有助于产生乙烯的反应。虽然基于银和铜的不同催化剂达到了大约 50% 的相似效率，但它需要在碳基液体中运行，并且只能发挥几个小时的作用，然后就会降解。相比之下，密歇根团队的设备运行了 116 小时而没有减速，该团队已经运行了类似设备 3,000 小时。

这部分是由于氮化镓和水分解过程之间的协同关系：添加氧气可以改善催化剂并实现自修复过程。该设备寿命的限制将在未来的工作中进行探索。

最终，该装置制作完成乙烯其速度比最接近的竞争系统高出四倍多。

“未来，我们希望生产一些其他多碳化合物，例如具有三个碳的丙醇或液体产品，”密歇根大学电气和计算机工程助理研究科学家、该论文的第一作者张冰星说。

液体燃料可以使许多现有的运输技术变得可持续，这是 Mi 的最终目标。