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[视频]新型仿生叶子光合作用效率获大幅提升:远超自然光合作用

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摘要:据外媒报道,在过去几年时间内,能够光合作用能力的人工叶子在研发上取得了巨大进展。2011年,首个具有成本效益、稳定系统的人工叶子诞生,2年后,该种叶子获得改进,开始具备自我修复能力并能使用非洁净水展开光合作用。现在,来自哈佛的科学家研发出了“二代仿生叶子”,它的光合作用效率获得了大幅提升并还远超天然光合作用的效率,另外它首次被用于制造液态燃料。

[视频]新型仿生叶子光合作用效率获大幅提升:远超自然光合作用

该项目由哈佛大学Daniel Nocrea教授--一代仿生叶子也出自他所领导的团队--以及来自哈佛医学院生物化学与系统生物学系的Pamela Silver教授联手展开。

[视频]新型仿生叶子光合作用效率获大幅提升:远超自然光合作用

Daniel Nocrea

[视频]新型仿生叶子光合作用效率获大幅提升:远超自然光合作用

Pamela Silver

跟一代一样,二代仿生叶子也采用水培,当吸收太阳能之后,它就能将水分子分解成氢气和氧气。这些气体能在收集后用于发电,不过现在,当中的氢气还能在工程菌的作用下产生液体燃料。

据了解,新一代仿生叶子之所以能够打败以往的测试结果--还有自然本身--主要是来自生成氢气所用的催化剂的功劳。早期使用的镍钼锌合金催化剂在生成氢气时还会带来活性氧,而这种物质会破坏工程菌的DNA。为此,研究人员不得不让仿生叶子在电压更高的环境下进行光合作用,而这会让降低整体效率。

据Nocera介绍,在新一代的仿生叶子中,他们改用了全新的钴磷合金催化剂,它能帮助叶子避免在反应过程中发生生成活性氧的情况,于是他们不再需要为叶子提供太高的电压,而这能大大提高其光合作用的效率。

据了解,这种新催化剂能以10%的效率将太阳能转化成生物能,这是自然界植物效率的10倍。此外,这种改变还能挖掘其他的潜在应用。

Silver说道:“生物学的美妙之处在于它是世界上最伟大的化学家--生物学能够实现我们无法轻易达成的化学反应。原则上,我们拥有了一个能够向下生产任何一种基于碳的分子,所以它拥有能够施展各种潜能的能力。”

目前,研究人员已经利用这套系统成功生成了异丁醇、异戊醇、PHB等化合物。另外,由于用到的催化剂具备“自愈”能力,所以它拥有生物溶解性。Nocera计划在一些发展中国家投放这套技术,帮助他们解决能源问题。

相关研究报告已刊登在《科学》期刊上。

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