近日，中国科学院深圳先进技术研究院副研究员高翔团队联合上海交通大学教授杨琛团队，在《通讯-材料》上发表最新研究成果，团队成功研发了一种以农业废弃物生物质为原料合成的碳基纳米材料——碳量子点（CDs），并将其用于增强植物的光合作用中。据了解，《通讯-材料》是《自然》出版集团旗下专注于材料科学领域与通信技术交叉研究的国际学术期刊。

光合作用是指植物、藻类和蓝细菌利用太阳能将二氧化碳和水转化为氧气和有机物的过程，为地球上几乎所有生命提供了食物和能量。然而，天然光合作用以叶绿素等光合色素来捕获利用光能，但叶绿素仅能吸收太阳光谱中的可见光部分，且对绿光的吸收效率较低，植物光合作用效率较通常不到1%。随着全球气候变化和粮食需求的增加，提高光合作用效率成为科学研究的重要方向。

在该研究中，高翔团队利用秸秆、叶片和杂草等农业废弃生物质，开发了功能化纳米碳量子点材料（CDs）。该材料不仅可以将植物无法吸收的紫外光、吸收效率低的绿光转换为红光（光谱转换器），还能够将吸收的光子激发产生电子，为光合电子传递链提供额外的电子（光电转化剂）。

碳基纳米材料溶液喷施植物叶片上 研究团队供图

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团队将这种新型农业生物质碳量子点添加至蓝藻液体培养基中或喷施在植物上，实验结果表明，蓝藻的二氧化碳固定率提高了2.4倍，甘油的产量增加了2.2倍，而拟南芥的植物生物量则提高了1.8倍，这一结果充分展示了碳量子点在提高光合效率和植物生长方面的巨大潜力。通过技术经济分析显示，这种基于农业废弃生物质合成的碳量子点材料不仅表现出了出色的光能吸收利用能力，还具备低成本和高生物相容性的优势，展示了在未来农业生产和光驱生物制造领域的应用前景。

碳基纳米材料溶液自然光下放置（左）以及在紫外光照射下发出红光（右）研究团队供图

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研究人员介绍，该研究开发的新技术不仅能够提高光合作用效率，还能将农业废弃生物质回收利用，在改善植物生长的同时为环境保护做出贡献，为农业领域的创新提供潜在的解决思路。目前，研究团队基于该技术已申请发明专利并进入成果转化阶段，推动该技术在农业中的应用示范。另外，高翔团队已与多个团队基于该研究成果进一步开展合作，初步实验显示，该纳米材料对浮萍、花生、玉米和大豆等农作物的生长具有不同程度的促进作用，目前正在计划开展户外大田实验。

相关论文链接：https://www.nature.com/articles/s43246-025-00763-w