光合作用是指绿色植物（包括藻类）利用光能，把二氧化碳和水合成有机物，并释放氧气的过程。光合作用是地球上最重要的化学反应，对维持大气的碳-氧平衡具有重要意义，同时也为地球上的生命直接或间接地提供了生存需要的物质和能量。人工光合作用 (Artificial Photosynthesis) 是模仿植物光合作用实现对太阳能的转化、存储和利用。目前正在利用的风能和太阳能是重要的清洁能源，但它们重要的缺点是能量密度不够，并且这些可再生能源不够稳定，需要大量专业蓄电设备，而人工光合系统可以直接用有机物来储存能量，可以克服这些问题。因此，人工光合被认为是应对全球能源挑战的重要途径。经过200多年的研究，光合作用过程和相关机理已经非常清晰。近年来，得益于科技技术的进步，人工光合作用发展迅速，重要研究成果不断涌现。从2003年美国启动“太阳神计划”，用半导体制成光化学二极管加上不同的催化剂，实现太阳能的吸收，把二氧化碳和水变成我们需要的化合物，到2014年第一个人工光合作用集成系统诞生，再到近几年的光合酶与人工合成的纳米材料结合实现太阳能的转化，都为人工光合系统的构建和利用奠定了重要基础。叶绿体光合作用的主要场所。光反应和暗反应两个阶段都在叶绿体进行，实现光吸收、电子传递、光合磷酸化、碳同化等关键生化步骤。来自德国马普所和法国波尔多大学的研究团队在Science发表了题为Light-powered CO2 fixation in a chloroplast mimic with natural and synthetic parts的论文，报道了一半天然，一半合成的人造“叶绿体”，并利用光和该系统实现了CO2的固定。该研究从菠菜（Spinacia oleracea）中分离类囊体膜，并将其与16种酶一起包裹在油包水液滴中，其中包含巴豆酰辅酶A (crotonyl-coenzyme A, CoA)/乙基丙二酰-CoA /羟基丁酰-CoA (ethylmalonyl-CoA/hydroxybutyryl-CoA, CETCH) 途径。CETCH途径用于CO2固定的连续循环，旨在补充在体外模型中使用的六种天然存在的碳固定途径。
