環(huán)球快資訊：十倍效率！化學(xué)家創(chuàng)造了一種“人工光合作用”系統(tǒng)

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芝加哥大學(xué)六名化學(xué)家研究了一種能夠進(jìn)行人工光合作用的新系統(tǒng)，這種新系統(tǒng)的光合作用生產(chǎn)力比以前的人工系統(tǒng)高出一個數(shù)量級。

在過去的兩個世紀(jì)里，人類一直依賴需要經(jīng)過幾億年的自然光合作用才能形成化石燃料來獲取集中能源，但這種供應(yīng)是有限的，且化石燃料的消耗對地球氣候有巨大的負(fù)面影響。科學(xué)家們正在探索一種新的能源生產(chǎn)可能方式：“人工光合作用”——通過改造植物的系統(tǒng)來制造我們自己的燃料。

芝加哥大學(xué)六名化學(xué)家發(fā)表在《自然催化》上的一項研究顯示，創(chuàng)新的人工光合作用新系統(tǒng)比以前的人工系統(tǒng)生產(chǎn)力高一個數(shù)量級。普通的光合作用從二氧化碳和水中產(chǎn)生碳水化合物，與之不同的是，人工光合作用可以產(chǎn)生乙醇、甲烷或其他燃料。光合作用是為了創(chuàng)造碳水化合物，這對我們來說是很好的燃料，但除了我們的汽車，因為它需要更集中的能量。因此，希望創(chuàng)造化石燃料替代品的研究人員必須重新設(shè)計這一過程，以產(chǎn)生一種不同的排列方式，創(chuàng)造能量密度更高的燃料，如乙醇或甲烷。這種重新設(shè)計實際操作起來要棘手得多，人們幾十年來一直在改善設(shè)計方式以試圖接近大自然的光合效率。

實驗團(tuán)隊認(rèn)為，他們可以嘗試添加一些迄今為止人工光合作用系統(tǒng)沒有包括的東西:氨基酸。

該團(tuán)隊從一種名為金屬-有機(jī)框架(MOF)的材料著手（這是一類由金屬離子通過有機(jī)連接分子連接在一起的化合物），然后，他們將MOF設(shè)計為單層，以便為化學(xué)反應(yīng)提供最大的表面積，并將所有東西浸入一種含有鈷化合物的溶液中，以傳遞電子。最后，他們向MOF中添加氨基酸，并進(jìn)行實驗，以比較哪種效果最好。他們能夠改進(jìn)反應(yīng)的兩個部分:分解水的過程和向二氧化碳中加入電子和質(zhì)子的過程。結(jié)果證明，在這兩種情況下，氨基酸幫助反應(yīng)進(jìn)行得更有效。

然而，即使人工光合作用的性能有了顯著的改善，要想產(chǎn)生足夠的燃料供廣泛使用，人工光合作用還有很長的路要走。

該研究論文題為"Biomimetic active sites on monolayered metal–organic frameworks for artificial photosynthesis"，已發(fā)表在Nature Catalysis上。主要作者為Guangxu Lan。

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參考資料：DOI: 10.1038/s41929-022-00865-5

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標(biāo)簽： 光合作用