综述了燃料发展的历史、太阳燃料的发展起源及光解水制氢、CO₂光还原制化学品的科学研究总体进展情况与发展趋势，并结合我国人工合成太阳燃料科学研究概况，提出了发展新型高效光催化材料的合成方法学等发展建议。

以太阳能光-化学转化中最为重要的反应-光催化分解水为核心，从光催化分解水的原理、半导体捕光材料、光生电荷分离策略、双助催化剂、Z机制分解水体系以及太阳能分解水制氢途径等方面，介绍了光催化分解水制氢的最新研究进展，并展望了其未来的发展趋势。

综述了本研究组近年来量子点人工光合成制氢体系的研究进展，重点从量子点与氢化酶模拟化合物、量子点与过渡金属离子、量子点敏化光阴极3个方面分析了影响制氢效率的主要因素，指出对光生电荷（电子和空穴）的有效捕获是提高人工光合成分解水制氢效率的关键，并展望了未来人工光合成发展方向。

介绍了光电催化（PEC）分解水和还原CO₂的基本原理、研究进展。探讨了提高PEC效率的关键策略，主要包括通过能带调控、形貌控制和敏化提高光吸收，通过助催化剂促进表面反应，以及通过构建局部偶极或异质电场、形貌调控和界面修饰促进电荷分离与传输等。

总结了近年来基于不同第一过渡系列金属的分子水氧化催化剂，包括贵金属分子水氧化催化剂和非金属分子水氧化催化剂；以及常用的氧化物半导体电极材料，例如α-Fe₂O₃、WO₃和BiVO₄等。概述了目前分子水氧化催化剂在电极表面的负载方式，包括物理吸附方式、共价键结合方式、分子催化剂修饰吸附基团方式、静电作用和π-π堆积作用等。提出构建高效稳定的光致水分解分子器件需要解决的问题，从而实现利用太阳能大规模裂解水制备清洁能源的设想。

基于人工和自然光合成中的科学问题，概述了光合作用中光能转化以及CO₂固定过程，并综述了光合膜蛋白、酶催化和全细胞耦合的自然-人工杂化光合体系的研究进展。提出通过自然与人工光合体系之耦合，认识和学习自然光合作用中太阳能转化的基础科学，从结构仿生与功能仿生工方面道法自然，发展高效的人工光合成体系。

从人工光合成太阳燃料的基本概念和反应过程、规模化太阳能分解水制氢的主要途径和可行性分析、人工光合成液态太阳燃料甲醇的技术路径及应用前景等方面，分析了人工光合成领域的发展现状。仿习自然光合作用基本过程，提出了通过“光反应”和“暗反应”耦合实现规模化人工光合成太阳燃料的新途径。

综述了CO₂选择性加氢制甲醇非铜基催化剂的研究进展，着重讨论了负载型金属催化剂、双金属催化剂、固溶体催化剂、氧化铟基催化剂。分析表明，以M_aZrO_x（M_a=Zn，Ga，Cd）固溶体催化剂为代表的新兴复合氧化物催化剂及In₂O₃基催化剂，可同时实现高甲醇选择性、高甲醇收率、良好稳定性，极具大规模工业化应用前景。

综述了时空分辨光谱技术在人工光合成机理研究中的主要结果和最新进展，揭示了人工光合成中光生电子和空穴的分离、复合和反应等过程，利用成像光谱直接观测光生电荷的空间分布及其作用规律。时空分辨光谱的表征结果很好地解释了催化剂晶相、助催化剂的担载、相结结构的构筑、晶面调控等策略在光电催化过程中的作用机制。