科学家们开发出一种将阳光转化为燃料的新方法

实验两电极设置,显示了用模拟太阳光照射的光电化学电池。

在研究人员通过改变植物的光合作用机制成功将水分解为氢和氧之后,寻找新的利用太阳能的方法的努力向前迈进了一步。

光合作用是植物将阳光转化为能量的过程。当植物吸收的水被“分解”时,氧气作为光合作用的副产物产生。这是地球上最重要的反应之一,因为它几乎是世界上所有氧气的来源。分解水时产生的氢气可能是绿色且无限的可再生能源。

由圣约翰学院的学者领导的一项新研究使用半人工光合作用探索了生产和储存太阳能的新方法。他们利用自然阳光将生物成分和人造技术的混合物转化为氢气和氧气。

该研究现在可用于彻底改变可再生能源生产所用的系统。发表在《自然能源》上的一篇新论文概述了剑桥Reisner实验室的学者如何开发平台来实现无辅助的太阳能驱动的水分解。

他们的方法还成功地实现了比自然光合作用更有效的吸收太阳光。

圣约翰学院的第一作者兼博士生KatarzynaSokół说:“自然光合作用效率不高,因为它只是为了生存而进化,因此它仅消耗最少的能量,大约是其潜在转化和存储能量的1-2%。”

人工光合作用已经存在了数十年,但由于依赖于通常昂贵且有毒的催化剂的使用,因此尚未成功用于产生可再生能源。这意味着它尚不能用于将调查结果扩大到工业水平。

剑桥大学的研究属于半人工光合作用新兴领域的一部分,该领域旨在通过利用酶产生所需的反应来克服完全人工光合作用的局限性。

Sokół和研究人员团队不仅改善了产生和存储的能量,而且还设法重新激活了休眠了数千年的藻类中的过程。

她解释说:“氢酶是藻类中存在的一种酶,能够将质子还原为氢。在进化过程中,此过程已被停用,因为它不是生存所必需的,但我们成功地设法绕过了惰性,以实现我们想要的反应-将水分解为氢和氧。”

Sokół希望这些发现将能够开发用于太阳能转换的新的创新模型系统。

她补充说:“令人兴奋的是,我们可以有选择地选择所需的过程,并实现我们所需的反应,而这是自然界无法企及的。这可能是开发太阳能技术的绝佳平台。该方法可用于将其他反应耦合在一起,看能做什么,从这些反应中学习,然后构建合成的,更坚固的太阳能技术。”

该模型是第一个成功使用氢化酶和光系统II来创建纯粹由太阳能驱动的半人工光合作用的模型。

剑桥大学圣约翰学院院士,Reisner实验室负责人Erwin Reisner博士以及其中一位论文作者将这项研究描述为“里程碑”。

他解释说:“这项工作克服了将生物和有机成分集成到用于半人工设备组装的无机材料中相关的许多难题,并为开发未来的太阳能转换系统打开了一个工具箱。”

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