但这只是最终结果，整个过程一开始是将水和二氧化碳气转化为氧，自由的质子和电子。在光合作用中产生了两个化学反应，叶绿素分子失去两个电子，水分子发生分解。儘管光合作用在各种教科书中都得到了详尽的阐述，但是想人工实现这一过程却绝非易事，主要的问题在于缺少有效地电解水的媒介，在植物中充当这一媒介的是叶绿体。

众所周知，水能够电解成氢和氧，但整个过程毫无意义。为了提高这一性能，化学家们提供了能促使反应在更低电压情况下进行的催化剂。只有钌和铂能充当这种媒介，当然这两种金属都很昂贵，除此之外，反应要进行还需要特定的温度条件和气压。

模拟光合作用储存太阳能的技术早在上世纪70年代初就进入了科学家的视线。几十年来，研究人员一直在尝试複製绿色植物分解水的方式。利用化学方式，科学家早已能够完成水的分解反应，但这些化学反应条件非常苛刻，温度很高，溶液具有腐蚀性很强的硷性，而且催化剂需要用到铂等稀有而昂贵的化合物。丹尼尔的设计就像光合作用一样，分解水的反应在室温下就可进行，溶液也没有腐蚀性，更重要的是催化剂非常便宜，可以很容易地得到氢气和氧气。

人工模拟光合作用反应中心光诱导电子转移（PET）过程的工作展开已久。20世纪90年代初期以前人们构建的光合作用人工模拟体系主要是光敏色素，电子给体和受体共价键结合的体系，其中的色素通常採用与叶绿素结构类似的卟啉类衍生物，通过共价键代替了生物蛋白的作用。人工模拟体系的设计主要基于两方面考虑：一是如何选择光敏色素、电子给体和受体，特别关键的是其激发态能级，光物理参数以及相关态之间的氧化还原反应电势；二是如何选择控制模型体系中各组件之间的相互作用和组织原则，因为这对量子转移过程的速率及量子效率方面起到主要作用。

最新和最複杂的通过分子间相互作用构筑光合作用人工模拟体系的工作由胡义镇和Itaru他们合成了血红素-联吡啶钌-环二（百草枯-对亚苯基）模型体系，该体系包括敏化剂三（2，2‘-联吡啶）钌络合物、受体环二（百草枯-对亚苯基）（BXV4+0和作为次级电子给体的血红素部分（与一个联吡啶配体共价键结合），然后再与肌红蛋白重组，进而进行PET研究，结果得到了可以与天然体系相比的长寿命的电荷分离态Mb（FeⅣ=O）-Ru2+BXV3+ ，其寿命大于2ms，而且是在水溶液中进行的。

还有一种通过特殊催化剂光解水的模拟方法也取得了新的进展。据国外媒体报导，美国麻省理工学院（MIT）的科学家日前在实验室内再现了光合作用的过程，在整个过程中光合作用将水分解成氢和氧，并产生了可供燃烧的氢气和氧气。该实验的意义在于光合作用产生的能量能够被人类利用，这种技术将引发一场太阳能使用革命，并补偿煤炭，石油等不可再生资源的损耗。这两名科学家名叫诺塞拉（Daniel Nocera）和卡南（Matthew Kanan），他们找到了一种简单实惠的方法将水分解成氢气和氧气，这种方法的原理和光合作用差不多，只是将太阳能转化了可燃烧的氢气和氧气。

虽然找到了理想的催化剂，但研究人员表示，这可能是偶然之中的意外收穫，还有很多问题有待解决，解决这些问题将有利于进一步提高催化效率。

研究人员使用较普遍的介孔硅（中间有孔洞的二氧化硅晶体）作为氧化钴载体，通过一种“湿性注入”的技术将纳米束植入其中。最理想的情况是直径约为8纳米、长50纳米的团簇，团簇中的纳米管互相连线，弯曲成直径约35纳米的球体。但当使用其他形状的纳米糰簇时，催化效率就又大大降低。弗雷猜测说，纳米糰簇的形状可能对催化反应起决定作用。弗雷与焦锋正在进行进一步实验，试图探明其中的机理。

弗雷与焦锋的研究成果无疑给人工光合作用打了一针强心剂。因为在这之前，主要研究重点放在催化反应过程上，高效催化剂一直未能找到。弗雷表示，无论从催化剂的易得性、纳米糰簇的稳定性、反应中所加的电压，还是酸硷度、温度方面来说，氧化钴的催化效率已同“光合体系Ⅱ”相当。研究人员的下一个任务是，建立一个切实可行的太阳能能量转换系统，将反应产生的氢气以无污染的方式转化成能量。

研究人员已发现，特殊的蛋白质“光合体系Ⅱ”作为催化剂载体，起催化作用的是一种含锰的生化酶。在没有绿色植物这个光合作用载体的情况下，人们期望找到一种人工催化剂以替换“光合体系Ⅱ”。加州大学劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员正是找到了高效的催化剂——氧化钴纳米颗粒，实现了高转化率的光解反应，相关论文已发表在德国《套用化学》期刊上。

这个系列实验是在加州大学劳伦斯伯克利国家实验室“太阳神”太阳能研究中心完成的，该研究中心由华裔科学家、诺贝尔奖获得者朱棣文创立。他也是劳伦斯伯克利实验室的主任。主要参加者是研究中心主任海因茨·弗雷和他的博士后、旅美华人学者焦锋（音）。弗雷介绍说，光解反应对催化剂要求极为苛刻，在经过无数次实验后，他们发现氧化钴纳米晶体既高效又快速，反应持久，也容易得到，正好能满足要求。

最开始，他们用毫米级的氧化钴颗粒做实验，效果不理想。之后改用纳米级的氧化钴颗粒，欣喜地发现反应速度大大提高。弗雷表示，使用氧化钴纳米“团簇”（多个纳米束组成的团状结构）做催化剂的反应速度是毫米糰簇的1600倍，每个团簇每秒约能裂解1140个水分子，反应功率（指每秒吸收的能量）与地面附近的太阳辐射能相当，约为每平方米1000瓦。

人工模拟光合作用经历了由简单到複杂，从经典的共价键体系到进入超分子化学，化学分子自组装的方式，由脂溶性溶剂到水溶性溶剂这样一个逐步发展的过程，光解水的研究也已经进行了半个世纪，并在20世纪七八十年代的20年间在全世界範围内达到了高潮，但是仍未能在技术上取得突破，实现大规模套用。究其原因，在于新能源的发展方向上有多条路线在相互竞争。经典化石燃料煤、石油、天然气最多可以用200年，而可燃冻的预计储量相当于前三者储量之和的三倍。但从人类社会的可持续发展来看，太阳能是未来可替代化石能源最有竞争力、取之不尽而一劳永逸的资源。儘管光解水法，中心色素模拟等人工模拟光合作用的方法还在实验室阶段或尚未大面积推广，但众多科学家的努力已经把人工光合作用的研究大大向前推进了一步