在過去的壹年裏，加州的超大型山火，北極海冰萎縮到歷史第二低值，海洋高溫紀錄，影響了無數人的生活。二氧化碳等溫室氣體排放激增導致的氣候變化是人類面臨的全球性問題。
總的來說，太陽能可以通過太陽能電池轉化為電能，但在普通太瓦(10 12瓦)的電力需求水平上，很難解決能量轉換和儲存的問題。因此，科學家提出了壹種將太陽能轉化為高密度化學能的思路，即人工光合作用。
科學家受到植物光合作用的啟發，近百年來壹直在探索如何實現人工光合作用，希望利用陽光將水和二氧化碳轉化為碳化合物和氧氣，也就是將光能轉化為化學能並儲存在化合物中。麥克阿瑟天才獎獲得者、美國科學院院士、世界頂級科學家協會(WLA)成員楊培東教授也是其中之壹。
楊培東教授稱他開發的人工光合作用裝置為“液態陽光”。基於半導體光學二極管，他建造了壹個納米“森林”，用來捕捉陽光，並利用空氣中的二氧化碳合成有用的化學物質(包括人類生存所需的化學燃料、藥物和高分子材料)。這樣不僅可以實現零碳排放，還可以直接降低大氣中的二氧化碳含量。這項發明為楊培東教授贏得了2020年全球能源獎的“非傳統能源類別”。
植物光合作用的總反應分為兩個過程，即需要太陽光的“光反應”和不需要太陽光的卡爾文固碳循環反應。在人工光合作用中，需要找到合適的催化劑來實現兩個反應。同時，高比表面積(指單位重量的物體表面積的大小，比表面積越大，物體的細度越細)的裝置也會增加太陽能轉換的效率。
楊培東教授的研究小組在半導體矽的納米線陣列(高比表面積)中布置了兩種催化劑，即光反應所需的水氧化催化劑和固碳所需的二氧化碳還原催化劑。半導體吸收光能後，整個系統可以通過導線表面的催化劑實現光合作用的充分反應。團隊在2014成功通過人工光合作用生產出醋酸。醋酸是壹種簡單而重要的化工中間體，可通過工業技術轉化為其他化學品，如汽油和易制毒藥物。
楊培東教授認為，人工光合作用是壹種比較好的、終極的碳平衡方案，可以解決能源問題，包括二氧化碳排放的環境問題。
經過逐步改進，目前研究團隊人工光合作用的太陽能轉化效率比可達8%-10%，比自然界高出16-20倍。該團隊繼續改善催化劑和二氧化碳還原環境(如高堿濃度系統)，以進壹步提高轉化效率。隨著這種碳中和技術的發展，陽光和水將成為未來清潔能源的來源，唯壹的副產品是氧氣。
此外，這項研究還有更深遠的拓展和應用，如“人工固氮”和火星大氣改造計劃(火星大氣96%是二氧化碳)。