你未来的智能手机可以通过吸收空气中的碳来修复破损的屏幕

碳固定材料（以太阳能为动力，利用大气中的二氧化碳进行生长和自我修复，就像植物一样）目前还未在实验室外出现。但科学家们离将其商业化已经非常近了。一旦它们面世，它们最初可能会被广泛用作“自修复”涂层，例如汽车内饰、手机和织物。当它们的表面出现裂缝或划痕时，它们将能够通过暴露在空气和阳光下轻松填补缝隙，而无需采取额外措施。此外，运输它们将更具成本和能源效率，因为它们可以先以轻量级的尺寸运送给制造商和建筑商。到达目的地后，它们将暴露在空气和阳光下，在那里它们会膨胀、凝固和变硬。研究人员表示，设计出不仅可以避免使用化石燃料，还可以吸收大气中二氧化碳的材料，对环境和气候有明显的好处。

麻省理工学院化学工程教授迈克​​尔·斯特拉诺说：“作为人类，我们可以选择利用地下石油建造世界，制造出我们周围随处可见的塑料纤维和塑料片，或者我们可以遵循自然规律，利用空气中的碳。第一步是想象出像植物和树木一样生长和修复的材料。下一步是将它们付诸实践。然后，经过改进和优化，我们可以开始用这些新的、不断更新的材料取代正在腐烂的材料。”

该产品的美妙之处在于“它只需要大气中的二氧化碳和环境光，而这两者都无处不在，”斯特拉诺补充道。“这些材料吸收了空气中碳的质量，并持续自动地自我修复，无需任何外部刺激。利用二氧化碳和环境光建造建筑物，利用的是我们今天可用的能源。这是可持续性最基本的定义。”

斯特拉诺实验室最近发明了一种材料，它能与空气中的二氧化碳发生化学反应，生长、强化甚至自我修复，而且与该领域模拟自然生物过程的其他努力不同，它不需要外界输入，如热量、紫外线、化学物质或机械应力，科学家说。结果是一种合成的凝胶状聚合物，它使用与植物利用阳光相同的生物成分——叶绿体——科学家从菠菜叶中获得叶绿体。这种聚合物不断将_二氧化碳转化为一种可以自我强化的碳基物质。

近年来，研究人员一直在寻找创新方法来去除大气中的二氧化碳，二氧化碳是燃烧化石燃料排放的一种强效温室气体。这些气体正在推动气候变化和全球变暖，往往对人类和生态系统产生危险影响。“像这样的材料是朝着正确方向迈出的一步，”斯特拉诺说。“它们不仅是碳中性的。它们是碳负性的。”

斯特拉诺、博士后研究员 Seon-Yeong Kwak 以及麻省理工学院和加州大学河滨分校的其他 8 名研究人员在最近发表在《先进材料》杂志上的一项研究中描述了他们的研究结果。

叶绿体催化二氧化碳转化为葡萄糖的反应。但分离的叶绿体非常不稳定，这意味着它们一旦从植物中取出，几个小时后就会停止工作。斯特拉诺和他的同事开发出显著增加提取叶绿体催化寿命的方法，并计划用非生物催化剂取代这些叶绿体，以进一步增强其作用。斯特拉诺说，后者将更稳定、持续时间更长，并发挥相同的功能。

研究人员使用的材料是一种凝胶基质，由氨基丙基甲基丙烯酰胺 (APMA) 和葡萄糖制成的聚合物、一种称为葡萄糖氧化酶的酶和叶绿体组成。这种材料在吸收碳元素后会变得更坚固。虽然它有望作为涂层或裂缝填充物发挥良好作用，但它的强度还不足以成为建筑材料。研究人员表示，在将其广泛应用于建筑和复合材料之前，还需要在化学和材料科学方面取得进一步进展。

不过，科学家们表示，他们已经能够大批量地生产这种材料。他们表示，初步的商业应用——自修复涂层和裂缝填充物——将在“近期”实现。“在最基本的形式下，这些材料的生产很简单，成本不高，也不复杂，”合著者 Kwak 说道，并补充道：“这种材料一开始是液体。看着它开始生长并聚集成固体形式，真是令人兴奋。”

据麻省理工学院称，资助麻省理工学院最初研究的能源部正在资助一项扩大研究的新计划，并已邀请斯特拉诺指导该计划。“材料科学从未产生过这样的东西，”斯特拉诺说。“这些材料模仿了某些生物的某些方面，尽管它不是繁殖的。

“碳无处不在，”他补充道。“我们用碳建造世界。人类是由碳构成的。二氧化碳不一定是纯粹的负担和成本。它也是一个机会。制造一种能够利用我们周围丰富的碳的材料是材料科学的一个重要机会。”

玛琳·西蒙斯为 Nexus Media 撰稿，这是一家涵盖气候、能源、政策、艺术和文化的联合通讯社。