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美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校的科学家们已经开发出一种能够成功模拟光合作用自然过程的纳米系统,这可能预示着一个清洁,可持续的能源时代

然而,与天然光合作用不同,其中二氧化碳和水用于在阳光的存在下合成碳水化合物,这种人工系统合成乙酸盐 - 最常见的生物合成构件,最终可用于生产药物和生物燃料

“我们相信我们的系统是人工光合作用领域的一次革命性飞跃,”实验室材料科学部门的化学家,该研究的作者之一Peidong Yang在一份发表在Nano Letters杂志上的报告中说道

“我们的系统有可能从根本上改变化学和石油工业,因为我们可以以完全可再生的方式生产化学品和燃料,而不是从地下深处提取它们

”伯克利研究人员开发的技术利用“人工硅和氧化钛纳米线的森林,其功能与绿叶中的叶绿体非常相似

厌氧细菌 - Sporomusa卵形 - 被埋在这些高大的纳米线结构中,如“埋在高草丛中的复活节彩蛋”

当阳光被这些半导体纳米线吸收时,会产生电子和电子空穴

电子被传递到细菌以减少二氧化碳,导致生物合成中间体的产生,而空穴分裂水分子以产生氧气

这种突破性的人工光合作用系统有四个一般组成部分:(1)收获太阳能,(2)产生还原当量,(3)将CO2还原为生物合成中间体,以及(4)产生增值化学品

照片:劳伦斯伯克利国家实验室/加州大学

伯克利“一旦二氧化碳被S. ovata还原为乙酸盐(或其他一些生物合成中间体),基因工程大肠杆菌就被用来合成目标化学产品,”研究人员在声明中说

虽然测量初始太阳辐射转换成这种混合结构有用能量的比例的太阳能转换效率目前为0.38%,但科学家正在努力将其提高到10%

“一旦我们能够以具有成本效益的方式达到10%的转换效率,该技术应具有商业可行性,”杨在声明中说