新能源领域有了新突破:半人工光合作用将阳光转化为燃料
来源:(科技工作者) 时间: 2018-09-05 点击:3553 点赞:4
新能源领域有了新突破:半人工光合作用将阳光转化为燃料

在模拟太阳光下工作的光电化学电池。

在研究人员根据植物的光合作用机制将水分解为氢气和氧气后,有关太阳能利用的研究又向前迈进了一步。光合作用是植物将阳光转化为能量的过程,也是全球氧气的主要来源。光合作用时产生的氢气,有望成为一种绿色的可再生能源。

《自然·能源》(Nature Energy)杂志近日刊发的论文称,剑桥大学圣约翰学院(简称UCSC)的研究人员领导的一项新研究(无辅助太阳能驱动的水分解技术平台),利用半人工光合作用,探索了生产和储存太阳能的新方法。他们通过联用生物成分和人工技术,在自然阳光作用下,将水转化为了氢气和氧气。该技术比自然光合作用吸收的太阳能更多,或可对可再生能源系统产生革命性影响。论文第一作者、UCSC博士研究生卡塔兹娜•索科尔(Katarzyna Sokol)说:“由于自然光合作用只为植物提供保证生存的能量,因此其效率并不高——能量仅约可转化和储存的能量的1%~2%。”

人工光合作用问世已有数十年,但它还无法用于可再生能源领域——人工光合作用过于依赖催化剂的作用,而这类催化剂往往过于昂贵或毒性较高。UCSC的研究旨在用酶技术克服人工光合作用的局限性。索科尔等不仅提高了能量总量和储存效率,还使一种在藻类中沉睡了上千年的进程重新活跃起来。她解释说:“氢化酶是存在于藻类中的一种酶,它能够将质子还原为氢气。由于氢化酶还原并非藻类生存的必要条件,因此在进化过程中,它逐渐进入‘休眠’。但我们最终利用氢化酶成功实现了想要的反应,将水分解成了氢气和氧气。我们还可以对反应过程进行选择,这可能对新型太阳能转换系统研究有帮助。”索科尔等开发的转换模型,是首个成功将氢化酶和光合系统II用于纯太阳能驱动的半人工光合作用的例子。

UCSC研究人员、论文作者欧文·莱斯纳(Erwin Reisner)评论说:“这项工作攻克了将生物和有机成分整合到无机材料,以组装半人工装置的难题。它为未来太阳能转化研究提供了‘工具箱’。”

编译:雷鑫宇 审稿:阿淼 责编:张梦

期刊来源:《自然·能源》

原文链接:https://www.sciencedaily.com/releases/2018/09/180903113348.htm

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