十倍效率！化学家创造了一种“人工光合作用”系统

芝加哥大学六名化学家研究了一种能够进行人工光合作用的新系统，这种新系统的光合作用生产力比以前的人工系统高出一个数量级。

在过去的两个世纪里，人类一直依赖需要经过几亿年的自然光合作用才能形成化石燃料来获取集中能源，但这种供应是有限的，且化石燃料的消耗对地球气候有巨大的负面影响。科学家们正在探索一种新的能源生产可能方式：“人工光合作用”——通过改造植物的系统来制造我们自己的燃料。

芝加哥大学六名化学家发表在《自然催化》上的一项研究显示，创新的人工光合作用新系统比以前的人工系统生产力高一个数量级。普通的光合作用从二氧化碳和水中产生碳水化合物，与之不同的是，人工光合作用可以产生乙醇、甲烷或其他燃料。光合作用是为了创造碳水化合物，这对我们来说是很好的燃料，但除了我们的汽车，因为它需要更集中的能量。因此，希望创造化石燃料替代品的研究人员必须重新设计这一过程，以产生一种不同的排列方式，创造能量密度更高的燃料，如乙醇或甲烷。这种重新设计实际操作起来要棘手得多，人们几十年来一直在改善设计方式以试图接近大自然的光合效率。

实验团队认为，他们可以尝试添加一些迄今为止人工光合作用系统没有包括的东西:氨基酸。

该团队从一种名为金属-有机框架(MOF)的材料着手（这是一类由金属离子通过有机连接分子连接在一起的化合物），然后，他们将MOF设计为单层，以便为化学反应提供最大的表面积，并将所有东西浸入一种含有钴化合物的溶液中，以传递电子。最后，他们向MOF中添加氨基酸，并进行实验，以比较哪种效果最好。他们能够改进反应的两个部分:分解水的过程和向二氧化碳中加入电子和质子的过程。结果证明，在这两种情况下，氨基酸帮助反应进行得更有效。

然而，即使人工光合作用的性能有了显著的改善，要想产生足够的燃料供广泛使用，人工光合作用还有很长的路要走。

该研究论文题为"Biomimetic active sites on monolayered metal–organic frameworks for artificial photosynthesis"，已发表在Nature Catalysis上。主要作者为Guangxu Lan。

前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：DOI: 10.1038/s41929-022-00865-5

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