自然界中的植物光合作用可以实现太阳能向化学能的转化，植物叶片II.和I.的光合作用以镶嵌形式存在于叶绿体的类囊体膜中，是自然光合作用有效运行的重要结构基础。 受此启发，近日，中科院金属研究所沈阳国家材料科学研究中心刘刚研究团队与国内外多个研究团队合作，开发了一种将半导体颗粒嵌入液态金属中实现大规模成膜的新技术，构建了一种兼具形式和精神的新型仿生人造光合膜， 具有类似于树叶的功能，可实现太阳能向化学能的转化。2月23日，研究成果以“Liquid Metal-Embraced Photoactive Films for Artificial Photosynthesis”为题发表在Nature Communications上。
基于低温液态金属嵌入半导体颗粒制备了嵌入式半导体光敏薄膜。
太阳能光催化分解水绿氢制氢技术是一项前沿的颠覆性低碳技术，其应用的关键是构建高效、稳定、低成本的太阳能驱动半导体光催化材料薄膜。 目前，常用的薄膜制备技术由于制备环境恶劣或成膜质量差，难以满足太阳能光催化水分解制氢的实际应用需求。 研究人员利用熔融的低温液态金属作为导电集流体和粘结剂，在选定的衬底上大规模形成薄膜，并结合轧制技术嵌入和集成半导体颗粒，实现了半导体颗粒的大规模植入。 半导体颗粒嵌入液态金属导电集流体膜中，形成三维强接触界面，其结构犹如“鹅卵石路面”，不仅具有优异的结构稳定性，而且具有非常突出的光生电荷收集能力。 以BiVO4（钒酸铋）为例，嵌入的BiVO4颗粒的光电极活性是传统非嵌入BiVO4光电极的2倍，长时间连续运行120小时后几乎没有活性衰减。 光电极从1平方厘米放大到64平方厘米后，单位面积的光电流密度仍能保持在70%左右，远优于大面积BIVO4光电极的活性保持率（<30%）。 同时进一步嵌入一体化产氧产氢材料，可实现光催化水分解制氢板的大规模制备，其活性比传统非嵌入金薄膜支撑光催化材料膜在可见光照射下近3倍，连续工作100小时以上无衰减。
此外，该技术还具有通用性好、原料易等优点。 利用商业半导体颗粒（如ZNO、WO3和Cu2O等）可以实现不同基体上不同半导体光活性薄膜的大规模制备，所得到的颗粒状嵌入薄膜的活性明显优于对照非嵌入样品。 集成在柔性基材上的薄膜在大曲率下弯曲 100,000 次后仍能保持 95% 以上的初始活性。 半导体颗粒、低温液态金属和衬底可以使用简单的热水超声分离和重复使用，并且所得人造光合薄膜的重新整合表现出与原始薄膜几乎相同的活性。