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

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芝加哥大學六名化學家研究了一種能夠進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。

在過去的兩個世紀里，人類一直依賴需要經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，但這種供應是有限的，且化石燃料的消耗對地球氣候有巨大的負面影響。科學家們正在探索一種新的能源生產可能方式：“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。

芝加哥大學六名化學家發(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)生產力高一個數(shù)量級。普通的光合作用從二氧化碳和水中產生碳水化合物，與之不同的是，人工光合作用可以產生乙醇、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計這一過程，以產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。這種重新設計實際操作起來要棘手得多，人們幾十年來一直在改善設計方式以試圖接近大自然的光合效率。

實驗團隊認為，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。

該團隊從一種名為金屬-有機框架(MOF)的材料著手（這是一類由金屬離子通過有機連接分子連接在一起的化合物），然后，他們將MOF設計為單層，以便為化學反應提供最大的表面積，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，并進行實驗，以比較哪種效果最好。他們能夠改進反應的兩個部分:分解水的過程和向二氧化碳中加入電子和質子的過程。結果證明，在這兩種情況下，氨基酸幫助反應進行得更有效。

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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標簽： 光合作用