按照在叶绿体内的步骤，这个反应可以分成两步 1、水的分解 2、碳水化合物的合成 所以人工模拟光合作用也可以从这两步来谈，想要人工模拟这个反应，最重要的问题就在于催化剂和催化介质，如何能模拟出类似叶绿体这样的高效催化系统，从这个角度来说，催化介质最好也是薄膜（反应表面积大，利于气体交换） 水的分解这步其实并不难做到，只不过从前的技术比较耗能（电解+贵金属催化），属于投入大于产出，干了也白干，但是目前这步已经被MIT的研究人员通过新型催化剂解决了[1]，他们把这种薄膜材料叫做“人工叶子”，成本低廉，往水里一扔，晒晒太阳就能将水变成氧气和氢气，说白了就是直接可以用于燃烧产能了。据他们自己说已经做好商业化准备并可以将这种技术用于交通工具，房屋供暖啊之类的。这个结果应该是08年左右的事情，具体进展没有追踪。而且如果仅从这一步来说，利用现在的光伏电池，已经接近甚至超越了植物叶绿体的产能效率。
然后从另外一个角度来看，植物本身是依靠光反应中提供的电子和氢离子，进入碳的卡尔文循环，然后固碳形成淀粉。如何人工的完成这个步骤？查到一篇2011年的中文文献[3]，作者提到已经可以实验室里通过13个酶促反应将二氧化碳转化成糖，如果利用可以工业化得到的乙醛作为底物，还能把步骤降低为11步，而且不需要不稳定的NADH和ATP，这些酶促反应的每一步都在生物体内存在，但是总的反应却和生物本身的反应不同。如果结合这个系列反应配合光伏电池产生的能量，就相当于模拟完整的光合作用了。但是这一个步骤现在还停留在实验室的阶段，如何能将这么复杂的生化反应在人造薄膜内进行？这应该是接下去要解决的重要问题。
电荷分离（Charge separation）：这一步是在反应中心中进行的，通过分子间电子转移，得到了分子层面的电荷分离态。这里的机理比较深，略去不表。但这一步非常重要，因为将光能转化为化学能（具体地说是电化学势能）就是在这一步发生。电荷分离后电子和正电空穴向两个方向移动从而进行下面两个不同的反应（这里的”方向“仅仅是定性意义）。 水的氧化（Water oxidation）：由反应中心产生的正电空穴进一步被投入到由催化剂引发的水氧化分解，生成氧气和氢离子。在自然界中，水分解催化剂具有一钙四锰的化学特征。 二氧化碳固定或者其他还原反应（Carbon fixing or proton reduction）：由反应中心产生的电子被传输过来进行一系列还原反应，包括自然界中的二氧化碳固定以及人工光合作用体系中的氢离子还原生成氢气。
关于绿色植物和光养细菌内发生的光合作用，到今天为止科学家们还没有很完整地从分子水平来理解——也就是说，化学家们还无法清晰地回答“到底光合作用是怎么发生的”这个问题。绿色植物吸收光后将光能储存为化学能（这是不同于光伏体系的地方，光伏体系将光能直接转化成电能），是我们已经观察到的现象。
光能捕获（Light harvesting）：自然界中通过蛋白质和一些有机小分子chlorophylls（主要是卟啉衍生物）组成的光能捕获复合物（light-harvesting antennae）将太阳光吸收，并通过能量转移反应将吸收的光能定向转移至反应中心（reaction center）从而进行下一步。由于我老板在这行算是有所见地的研究者，我现在在做的项目就是设计合成新的系统从而为我们理解这一过程的本质提供模型。
