操縱分子的更多方法正在給我們帶來進步，包括從空氣中吸收溫室氣體，到發明可無限次回收的塑膠，甚至製造生命。
製造仿生葉子
人類的活動離不開能源，但燃燒化石燃料會釋放出溫室氣體，使氣候變暖。這足以讓我們羨慕植物，它們的光合作用使用太陽能，而且還消耗二氧化碳。如果我們能夠大規模地模仿這種技巧就好了。
不幸的是，光合作用很難模仿。它涉及許多過程，包括捕捉太陽光，分解水以產生氫，並將氫與來自空氣中的二氧化碳結合，最終生產出碳水化合物。在自然界，這些工作是由經過數億年進化的酶來完成的；即便這樣，光合作用的效率仍然不到1%。
10年前，美國哈佛大學的化學家丹尼爾·諾切拉向前邁出了一大步，他開發了一種基於鎳和鈷的催化劑，可以在太陽光下將水分解。然而，這隻實現了光合作用的一小步，此後一直沒有進展。
後來人們意識到，與其從頭到尾模仿光合作用，不如去製造仿生葉。這種葉子通常由能有效吸收太陽光的材料製成，裡面含有擅長將燃料分子結合在一起的酶蛋白。英國劍橋大學的一個團隊最近使用一種叫做鈣鈦礦的材料來收集太陽光，並將其與甲酸脫氫酶結合。這樣的仿生葉能生產甲酸鹽（一種可用於燃料電池的化學物質），其效率幾乎與自然界的光合作用效率相當。
諾切拉也採用了類似的方法。2016年，他發明了一個裝置，其中用催化劑在太陽光下把水分解成氫離子和電子，並將這些氫離子和電子輸送給生物工程菌；再由生物工程菌將空氣中的二氧化碳轉化為生物質燃料，其效率幾乎達到11%——比自然界的光合作用效率高了10多倍。
仿生葉子
這個挑戰在技術上或多或少已經解決了，當前的問題是，大家都缺少意願付諸實踐。對於發達國家來說，使用任何生物質燃料都要產生碳排放，不夠環保；對於發展中國家來說，這樣製造出的生物質燃料成本高，不如直接使用化石燃料。
建造分子機器
在歷史上，把像活塞和齒輪這樣的簡單機械結合起來，製造出的可代替人力的機器（如蒸汽機），引發了工業革命。當今，化學家正在研製的以原子為部件的分子機器，同樣具有革命性。
簡單的分子機器已經在20年前就研製出來了，包括可以沿軸移動的分子輪子。這項工作的三位先驅還獲得了2016年的諾貝爾獎。
更多的分子機器正在製造和測試中。譬如，幾年前美國萊斯大學的科學家發明了一種可以在細胞膜上開孔，讓藥物輸進細胞的分子機器。
分子機器
分子機器的潛力是巨大的，畢竟生物體上的很多細胞器本身就可以視作分子機器。例如，核糖體就可視為組裝蛋白質的分子機器，它將氨基酸分子組裝成各種蛋白。
2021年，英國曼徹斯特大學的科學家研製出一種人工版的核糖體。它的主體是一個環形分子，有一條“臂”，當它在軌道上移動時，能拾取所遇的碎片並將它們連線起來。目前，它能製造含10個氨基酸的多肽鏈（由多個氨基酸連線而成的鏈）。
就目前而言，人工版的核糖體還無法超越自然界的核糖體，但其潛力是驚人的。要知道，自然界只存在大約20種氨基酸，自然界的核糖體只能用這20種氨基酸來組裝蛋白，人工版的核糖體則不受這個限制，可以組裝任何自然界不存在的氨基酸或其他分子。所以，這種分子機器將來能為我們製造出很多連大自然也自嘆不如的新型材料。
吸取空氣中的甲烷
我們通常將全球氣候變暖歸咎於二氧化碳，但還有另一種溫室氣體：甲烷。雖然排放到大氣中的甲烷比二氧化碳少得多，但甲烷的溫室效應比同體積的二氧化碳要強20多倍。此外，甲烷還會與工廠、汽車排放的廢氣反應，生成有毒氣體。
清除空氣中的甲烷，將有助於阻止氣溫上升。據估計，從大氣中清除每10億噸甲烷，地表溫度就會降低大約0。2℃。
從空氣中捕獲二氧化碳的技術已經存在多年了，但捕獲甲烷卻不容易，因為二氧化碳易溶於水，而甲烷幾乎不溶於水。
雖然空氣中的甲烷是不穩定的，遲早會轉化為二氧化碳，但人們還是想方設法減少甲烷的排放。一個解決方案是不去捕獲甲烷，而是透過化學方法將其轉化為二氧化碳，畢竟二氧化碳的溫室效應要比甲烷的小得多。目前美國大多數州已經在使用這個想法來解決垃圾填埋場中的甲烷洩漏問題。他們使用微生物，將甲烷轉化為二氧化碳。
另外，還可以採用沸石。沸石中充滿極細的小孔，可以吸收甲烷，然後透過催化反應，將其轉化為甲醇。這項技術雖然目前還不成熟，但有很大的前景。
尋找鋰電池的替代品
要我們停止燃燒化石燃料，關鍵是能從風力和太陽能之類的可再生能源中獲得電力。但是，這些能源都受限於自然條件，無法在任何時候都為我們提供電力。這就需要電池來儲存電力。
現在用得最多的是鋰電池，但地球上鋰資源有限。為此，化學家想另闢蹊徑。
我們知道，鋰在電池中的作用是將電荷從一個電極帶到另一個電極。鋰離子非常小，這意味著鋰電池能做到既容量高，又小而輕。但也有其他競爭者可扮演電荷攜帶者的角色。一個是鈉，它具有與鋰相同的+1電荷，只是體積稍大。鈉在海水中幾乎取之不盡，而且很容易獲得。鈉電池要想達到與鋰電池同樣的容量，必須做得更大，這當然是一個缺點，但可以在不需要便攜的條件下應用，如儲存太陽能產生的電力。
另外，在鋰電池中，電極是用鈷做的。這是電池的關鍵部件。但鈷在地球上的資源也很有限，所以我們需要設計不使用鈷的新電池。這涉及到嘗試大量的材料組合，以便找到高容量的替代品。這是一個非常耗時的過程。英國謝菲爾德大學的科學家一直在試驗一種在微波爐中製作電極的方法，這個過程只需20分鐘，比通常的方法要快得多。我們相信，這種替代品有可能不久就可以面市。
製造可無限次回收的塑膠
塑膠是聚合物，是由強大的化學鍵連線而成的分子長鏈。撕開這些化學鍵，將其復原到小分子，往往是一個棘手的化學問題。這就是為什麼它們難以降解或回收的原因。
在處理塑膠方面，我們已經有一個小小的成功。通常被用來製造塑膠瓶的聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET），我們可以簡單地將其切碎並重新塑造成新的瓶子。這個過程甚至都不需要化學。
但對於大多數塑膠來說，處理起來就是個難題了。以聚氯乙烯（PVC）為例，沒有已知的方法來回收它，即使將它高溫分解，最終得到的也是一種叫氯乙烯的有毒化合物。
在塑膠回收的工作中，化學家的一項任務是設計新的反應，將塑膠分解成可以重新使用的分子。美國加州大學的科學家最近在回收聚烯烴類塑膠方面取得了成功。他們開發了一種技術，使用催化劑將這些塑膠分解成更小的分子，這些較小的分子可做為洗滌劑或油漆的原料。
我們還需要設計更容易降解或回收的塑膠。一個例子是美國加州大學的科學家發明的一種塑膠。他們在塑膠中添加了微小的含酶膠囊。當塑膠的使用壽命到期時，只需要將它在溫水中浸泡一週。酶就會被釋放出，將塑膠分解成小分子。
化學合成自動化
也許現代化學中最單調的工作是化學合成。這是一種將簡單分子拼接在一起以製造一些複雜分子的工藝。許多藥物就是透過這種辦法研製出來的。合成化學家往往要在實驗室裡成年累月地進行混合、攪拌和提純，然後還要測試大量新分子的特性。
然而，他們開始考慮，這些工作可交給機器人來完成。為此，英國利物浦大學的科學家已經建造了一個機器人化學家，用它來製造可作為催化劑的分子，然後還能自動測試每個潛在催化劑的效能。
科技巨頭IBM也在進行自動化的實驗。它用包含300萬個化學反應的資料庫來訓練機器人。
一個更雄心勃勃的計劃是，把化學自動化到任何人都可以做的程度。譬如，輸入化學配方，就能以手頭常見的化學物質為起點，製造出複雜的分子來。這在太空旅行或者殖民外星球的時候可以提供極大的方便。
製造人工生命
地球是如何從一個荒蕪一毛的岩石質星球變成一個鬱鬱蔥蔥的生物世界的？
20世紀50年代，美國化學家斯坦利·米勒將一些無機物混和，放在一個密封的罐子裡，模擬早期地球的環境條件，製造出了氨基酸分子。這表明，像氨基酸這種構成生命的關鍵成分，是可以自發形成的。這雖是一個很大的進步，但仍然沒有告訴我們能自我複製的簡單生命是如何形成的。
機器人化學家有助於加快化學合成
這就是為什麼化學家對“如何透過化學反應將無生命的化學物質變成最簡單的生命”感興趣的原因。這有數十億種發生方式。因此，英國格拉斯哥大學的李·克羅寧正在採用機器人來幫助調查。他和他的團隊將一些簡單的物質（如酸、無機礦物和含碳的無機物）放一起，進行隨機反應，然後由一個演算法幫助機器人對結果進行分析。透過這種方式，機器人可以在海量的結果中尋找，看看是否有任何能自我複製的生命出現。
在地球上重現生命的起源，可以幫助我們更好地識別其他星球上的生命跡象。
釋出於：海南
