现代文明离不开化学、化学工程及化工产品，它们提供着各种各样的高性能材料，支撑着高科技产品的发展，在解决能源、环境、材料和信息等领域的卡脖子问题等方面发挥着重要作用。中国工程院院士、清华大学化学工程系教授金涌表示，现代社会的经济发展和全人类的衣、食、住、行都离不开化学和化工产品，化学与化学工程是高新科技的发端和支撑，其所支撑的泛化学工业在食品、制药、医用材料等人类健康支撑产业方面发挥着重大作用，是国民经济的脊梁。
科协频道推出“化学化工铸造未来”专栏，介绍近年来化学化工领域的研究工作和科技成果，展示化学化工的科技魅力。
“上帝说要有光，于是我们有了太阳。”在古代宗教信仰中，太阳一直是大家敬重的神明，在现代科技社会，我们已然知晓太阳不是上帝，它是人类赖以生存的“燃料”，是我们可以借力的能源工具。
在科技力量的加持下，我们一直在破解太阳的神奇魔力，还将太阳与植物之间的合作秘诀解锁并放大，从而推进了人类社会生产力的进步，同时也保护了我们赖以生存的自然环境。
随着社会的发展，能源短缺和环境问题日益突出。人类越来越多的能源需求不仅导致了传统化石能源的逐渐枯竭，而且燃烧排放的二氧化碳等温室气体还带来了全球气候变化和环境污染等问题，给人类生存和发展带来严峻的挑战，这些问题已经引起了世界各国政府和科学家的高度关注。我国的能源结构中，煤炭消耗比例较高，而粗犷的燃烧利用带来了雾霾等更为严重的环境问题。因此，开发清洁可再生能源体系取代化石燃料支撑人类可持续发展已经迫在眉睫。
据统计，大量化石能源的使用造成全球二氧化碳排放量以每年接近2.5%的速率增长，大气中二氧化碳浓度已从工业革命前的百万分之280左右上升到百万分之410 左右，并有可能在2050年达到百万分之470。过高的二氧化碳浓度严重影响了自然界中碳循环的平衡，导致温室效应加剧、极端气候增多、生态破坏严重等一系列负面影响，对全球气候和生态环境提出了严峻挑战。因此，如何高效地实现二氧化碳的捕获和存储以及转化利用，成为近年来备受关注和亟待解决的问题。2015年12月12日，巴黎世界气候变化大会通过了温室气体减排协议。我国计划在2030年碳排放达到峰值，2060年实现碳中和，如何在不影响经济发展的前提下降低碳排放，是我们面临的巨大挑战。
取之不尽，用之不竭的太阳能是最理想的可再生能源之一。利用太阳能生产清洁可储存太阳燃料，受到世界各国科学家越来越广泛的重视。自然界中的光合作用是利用太阳能的高手。在这个过程中，太阳能被高效地转化为化学能，储存在由水和二氧化碳转化的生物质中，同时放出氧气。近年来，化学家向自然学习，从生物光合作用原理中得到启发，提出了人工光合作用，即通过构建高效的人工光合成体系将太阳能转化为化学能生产太阳燃料的过程。
氢气具有能量密度大、燃烧效率高等优点，且燃烧产物只有水，洁净无排放，是最佳的太阳燃料，在未来的能源发展中占据不可替代的地位。尽管应用氢燃料需要建设新的能源基础设施，但是整合现有的能源基础设施，对于经济发展和加速向可持续能源转变是非常重要的。同时，氢气还是非常重要的生产其他能源分以及化学品的原料。因此，利用丰富的太阳能和水资源，发展太阳能分解水制氢技术，是从根本上解决能源和环境问题的有效策略之一。
道法自然，研究开发人工树叶促进人工光合作用，不是简单的模仿，而是将大自然不同方面的优点结合起来，发展适合我们人类的洁净燃料光催化合成方式。在自然光合作用中，高效的光催化体系具有光生电子和空穴向不同方向转移，相对应的氧化和还原反应在不同的空间和时间尺度上进行的特点。学习和借鉴自然光合作用的部分原理，发展人工的太阳能光催化和光电催化体系，把太阳光、水和二氧化碳转化成太阳燃料和氧气。太阳燃料的生产主要通过两个非常具有挑战性的化学反应途径来实现：①在太阳光的作用下，光催化剂将水分解，产生氧气和氢气。在未来洁净“氢”能源体系中具有不可或缺的地位；②捕获二氧化碳，利用太阳能产生的氢合成液体燃料。甲醇是非常重要的用于生产其他高附加值产品的原料，可以生产类似汽油、航空燃料等液体燃料，解决能源短缺问题，这一燃料合成过程不但转化和存储了洁净的太阳能，还固定了大气中二氧化碳温室气体，从而有效缓解地球气候变暖。自然光合作用是大自然的杰作，道法自然，向大自然学习构筑人工光合作用体系，也体现了人类的智慧和创造。
人工光合成太阳燃料技术的突破必将改变世界能源消费格局，引领人类进入低碳生态文明社会。在不远的未来，“雾霾”将会从我们的生活中消失，我们可以自由自在地呼吸新鲜的空气，也可以开着太阳燃料汽车，开开心心上班和旅行，孩子们更加可以随时随地在户外玩耍嬉戏，尽情地享受太阳燃料带给我们的绿色高品质生活，实现人类生态文明的理想。
