普渡大学生物物理学家Yulia Pushkar致力于破译光合作用密码。
人类可以完成很多植物无法做到的事情，但植物也有超越人类的优势——通过光合作用，植物能将阳光直接转化为可用能源。如果人类能成功复制这一高效的产能、储能过程，他们将开辟一个全新的清洁能源领域，因为一小时内的日照能量，足以满足人类一整年的能源需求。techxplore.com网站当地时间6月15日报道，美国普渡大学研究人员Yulia Pushkar教授已经破译了人工光合作用的部分密码。相关研究成果刊登在《化学催化》杂志中。
风能和太阳能是两种最主要的清洁能源，它们都需要笨重的光伏电池提供能量转化、存储场所。引入人工光合作用，将大幅改变可再生能源的格局。Pushkar教授说：“风力涡轮机和光伏电池都会受到环境等复杂因素的影响。人工光合作用或许能绕过这些障碍。”
光合作用是一个非常复杂的过程。植物依靠叶绿素、蛋白质、酶和金属元素，将太阳光和水分子转化为葡萄糖形式的能量。目前，光伏技术是最接近人工光合作用的能源技术，然而，它的效率（20%）远低于光合作用的效率（60%）。简单光伏电池（太阳能电池板）的效率受到半导体光能吸收效率和电池发电性能的限制。而人工光合作用有望突破这些限制。Pushkar教授说：“在观察到自然光合作用的先例后，构建60%效率的系统似乎不是难事。如果我们足够激进，甚至能设想效率高达80%的系统。水的分解反应是人工光合作用的第一步反应。植物中的光系统II蛋白质每秒可以完成上千次反应。”
Pushkar团队正在模仿这一过程。他们试图制造人工叶片，收集阳光并分解水分子来产生氢。氢既可以作为燃料电池的燃料使用，也能够添加到天然气等其他燃料中，还能内置到燃料电池中，为汽车和小型电子设备提供动力。Pushkar教授利用自然光系统II蛋白质与合成催化剂进行了实验，希望找出最佳组合，并分析其工作机制。此外，他们还在人工光合作用系统中优先使用了地球富元素。分解水分子的化学过程极为复杂和困难，论文对此进行了详细阐述。
自20世纪70年代以来，科学家们一直在研究人工光合作用。直到最近，该领域才取得一定突破。然而，植物花了数百万年时间才进化出这一特殊作用，科学家们认为，光合作用只进化过一次，大约是在30亿年前。据Pushkar教授称，在未来10~15年内，人工光合作用研究将取得足够进展，商业人工光合作用系统届时也将上线。
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编译：雷鑫宇 审稿：西莫 责编：陈之涵
期刊来源：《化学催化》
期刊编号：2667-1093
原文链接：
https://techxplore.com/news/2021-06-sun-artificial-photosynthesis-sustainable-source.html
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