新的“人工”光合比以前尝试的更10倍有效

By Stephanie Pappas

2022/11/19

一种新的用光合作用机制来制造甲烷方法的效率比以前尝试的更有效10倍。

一个叶绿素的特写，植物用来进行光合作用的自然机制。研究人员已经开发了一种人工光合作用的方法，比以前尝试的更10倍有效。 (Image credit: Ed Reschke/Getty)

一种新的人工光合作用方法可以让人类离用植物来制造燃料的机制更近一步。

这个新系统比以前的合成光合作用方法更有效10倍。虽然天然光合作用允许植物用太阳的能量来将二氧化碳和水转化为碳水化合物，但人工方法能将二氧化碳和水转化为如甲烷和乙醇等密能燃料。这可以对从古代岩石中钻出的化石燃料提供一个替代。

新研究的作者之一芝加哥大学化学家林文斌在一份声明中说，“许多人没有意识到的最大挑战是甚至大自然没有解决我们用的能量的量的办法”，天然的光合作用虽然对植物养活它们自己充足的，但不足以提供我们的家园、城市和国家燃料所需的能量的量。他说，“我们将不得不比大自然做得更好，这是可怕的”。

多年来研究人员一直工作在借用光合作用的机制来创造他们自己愿望的化学物质上，但调整光合作用服务人类的需求是不容易的。这个过程是复杂的并涉及两个步骤：首先，分解水和二氧化碳，第二，将原子重新连接成碳水化合物。林和他的团队不得不创建一个将反而产生甲烷即CH4的系统，这是一个被四个氢分子包围的碳。

尽管燃烧这种合成甲烷会仍然导致温室气体排放，但研究人员也工作在用人工光合作用来制造氢燃料上，这种燃料只释放水蒸气和暖空气。

为了做到这一点，他们从一个金属有机框架开始------一个由有机分子连接的带电金属原子的网（有机分子包含碳）。他们将这种金属有机框架的单层浸入在一种钴溶液中；这种元素擅长在化学反应期间拾起电子并移动它们。

然后，研究人员做了一些之前从未尝试过的事情。他们在混合物中添加了氨基酸，氨基酸是蛋白质的分子构造块。这些氨基酸提升了反应两侧的效率，分解二氧化碳和水并将它们重建为甲烷。11月10日，该团队在《自然催化》杂志上报告说结果的系统比以前的人工光合作用方法更有效10倍。

然而，这仍然不足以来制造足够的用于人类燃料的甲烷。

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林说，“在我们现在处的地方，将需要扩大很多数量级来制造一个充足的我们消耗的甲烷的量”，但他说该团队能够来确定该系统怎样在一个分子水平上工作，这之前从未被完全理解过。在它们能够扩大这个过程之前理解这个过程是一个关键的步骤。

如果该系统目前的效率不足以为汽车加油或为家庭供暖，对于其他不需要如此大量产品的用途可能已经是可行的。例如，林说一种类似的方法可被用来生产药物的基本化学品。

林说，“因此许多这些基本过程是一样的。如果你开发出良好的化学物质，它们能被插入到许多系统中”。

https://www.livescience.com/artificial-photosynthesis-fuels