▲在模拟太阳光下工作的光电化学电池。
在研究人员根据植物的光合作用机制将水分解为氢气和氧气后，有关太阳能利用的研究又向前迈进了一步。光合作用是植物将阳光转化为能量的过程，也是全球氧气的主要来源。光合作用时产生的氢气，有望成为一种绿色的可再生能源。
《自然•能源》（Nature Energy）杂志近日刊发的论文称，剑桥大学圣约翰学院（简称UCSC）的研究人员领导的一项新研究（无辅助太阳能驱动的水分解技术平台），利用半人工光合作用，探索了生产和储存太阳能的新方法。他们通过联用生物成分和人工技术，在自然阳光作用下，将水转化为了氢气和氧气。该技术比自然光合作用吸收的太阳能更多，或可对可再生能源系统产生革命性影响。论文第一作者、UCSC博士研究生卡塔兹娜•索科尔（Katarzyna Sokol）说：“由于自然光合作用只为植物提供保证生存的能量，因此其效率并不高——能量仅约可转化和储存的能量的1%~2%。”
人工光合作用问世已有数十年，但它还无法用于可再生能源领域——人工光合作用过于依赖催化剂的作用，而这类催化剂往往过于昂贵或毒性较高。UCSC的研究旨在用酶技术克服人工光合作用的局限性。索科尔等不仅提高了能量总量和储存效率，还使一种在藻类中沉睡了上千年的进程重新活跃起来。她解释说：“氢化酶是存在于藻类中的一种酶，它能够将质子还原为氢气。由于氢化酶还原并非藻类生存的必要条件，因此在进化过程中，它逐渐进入‘休眠’。但我们最终利用氢化酶成功实现了想要的反应，将水分解成了氢气和氧气。我们还可以对反应过程进行选择，这可能对新型太阳能转换系统研究有帮助。”索科尔等开发的转换模型，是首个成功将氢化酶和光合系统II用于纯太阳能驱动的半人工光合作用的例子。
UCSC研究人员、论文作者欧文•莱斯纳（Erwin Reisner）评论说：“这项工作攻克了将生物和有机成分整合到无机材料，以组装半人工装置的难题。它为未来太阳能转化研究提供了‘工具箱’。”
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编译：雷鑫宇 审稿：阿淼 责编：张梦
期刊来源：《自然•能源》
期刊编号：2058-7546
原文链接：https://www.sciencedaily.com/releases/2018/09/180903113348.htm
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