在人工光協(xié)作用研討范疇，也許迎來一次改動(dòng)游戲規(guī)則的打破：開宣布一種二氧化碳捕獲體系，并運(yùn)用太陽能將捕獲的二氧化碳轉(zhuǎn)化成有價(jià)值的化學(xué)商品，包含可生物降解塑料、藥物甚至液體燃料。
　　植物能運(yùn)用光能把二氧化碳和水構(gòu)成碳水化合物。美國能源部勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室和加州大學(xué)伯克利分校科學(xué)家協(xié)作，開宣布一種由半導(dǎo)體納米線和細(xì)菌構(gòu)成的混合體系，能模仿天然界植物的這種光協(xié)作用進(jìn)程。有關(guān)論文宣布在最近的《納米快報(bào)》雜志上。
　　“咱們信任，這一體系是人工光協(xié)作用范疇的一次革命性騰躍，有望從根本上改動(dòng)化學(xué)和石油工業(yè)。”研討負(fù)責(zé)人之一、伯克利實(shí)驗(yàn)室資料科學(xué)部化學(xué)家楊培東（音譯）說，“咱們能以徹底可再生的方法生產(chǎn)出化學(xué)品和燃料，而不是從地底深處獲取它們。”
　　太陽能綠色化工
　　釋放到大氣層中的二氧化碳越多，大氣就會越暖。現(xiàn)在地球大氣中二氧化碳濃度已達(dá)到近300萬年來的最高水平，這主要是化石燃料焚燒的成果。而在可預(yù)見的將來，化石燃料，尤其是煤炭，仍是滿意人類所需能量的最大來歷。大家一直在尋覓在二氧化碳進(jìn)入大氣之前將其阻隔的技能，但所有這些技能都需要把捕獲的碳存儲起來，這么做自身也帶來了環(huán)境挑戰(zhàn)。
　　伯克利研討人員開發(fā)的人工光協(xié)作用技能處理了存儲疑問，一起也非常好地運(yùn)用了捕獲的二氧化碳。“在天然的光協(xié)作用中，樹葉會搜集太陽能復(fù)原二氧化碳，與水聯(lián)系，經(jīng)過分子構(gòu)成生物質(zhì)，”論文作者之一，霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研討所研討碳中和能量轉(zhuǎn)化催化劑方面的專家克莉絲·張說，“在咱們的體系中，納米線會搜集太陽能并把電子傳遞給細(xì)菌，細(xì)菌將二氧化碳復(fù)原并與水聯(lián)系，從而構(gòu)成多種高附加值的化學(xué)商品。”
　　這是一種新式人工光協(xié)作用體系，把生物適應(yīng)性光捕獲納米線陣列和挑選出來的細(xì)菌群聯(lián)系在一起，供給了一種環(huán)境雙贏形式：運(yùn)用阻隔二氧化碳的太陽能綠色化工。
　　資料學(xué)與生物學(xué)聯(lián)合
　　“咱們的體系代表了資料學(xué)和生物學(xué)之間新式的聯(lián)合，這一聯(lián)合范疇也為開發(fā)新的功能設(shè)備供給了廣闊時(shí)機(jī)。”研討小組的生物構(gòu)成專家米歇爾·張說，“比方，納米線陣列的形狀構(gòu)造要能保護(hù)細(xì)菌，就像埋在高草叢中的復(fù)活節(jié)雞蛋那樣，如此才能使對氧氣靈敏的微生物在充溢二氧化碳的環(huán)境中生存下來，比方在煙道氣體中。”
　　這一體系前期由楊培東的研討小組開發(fā)，開端就像一片奇異的“人工森林”，由硅和二氧化鈦納米線構(gòu)成。
　　“咱們的人工森林就像綠色植物中的葉綠體。”楊說，“當(dāng)陽光被吸收，光子在硅和二氧化鈦納米線中激起發(fā)生電子—空穴對，吸收不同頻率的太陽光譜。光子發(fā)生的電子在硅中被傳遞給細(xì)菌用于復(fù)原二氧化碳，光子發(fā)生的空穴在二氧化鈦中將水分子分化，發(fā)生氧氣。”
　　納米線陣列森林建成后，變成一種微生物群落的棲息地，這些微生物群落能發(fā)生特別的酶，挑選性地催化復(fù)原二氧化碳。在這一研討中，伯克利小組用的是一種叫做卵形鼠孢菌的厭氧菌，這種菌能很簡單地直接從周圍環(huán)境中取得電子，復(fù)原二氧化碳。
　　“鼠孢菌是非常好的二氧化碳催化劑，一起生成醋酸鹽，這是一種多功能化學(xué)中間體，能夠制作多種有用的化學(xué)商品，”米歇爾·張說。“運(yùn)用緩沖半咸水和少數(shù)維生素，咱們能夠在納米線陣列中統(tǒng)一‘進(jìn)駐’鼠孢菌。”
　　當(dāng)鼠孢菌把二氧化碳復(fù)原成醋酸鹽（或其它生物構(gòu)成中間體）后，再由轉(zhuǎn)基因大腸桿菌將其構(gòu)成特別的化學(xué)品。在他們的研討中，為了進(jìn)步方針化學(xué)品產(chǎn)值，把鼠孢菌和大腸桿菌別離開來。將來催化與構(gòu)成這兩步能夠合并為一個(gè)進(jìn)程。
　　將來商業(yè)化展望
　　研討人員指出，他們的人工光協(xié)作用體系成功的關(guān)鍵是別離方針要求，將進(jìn)步光捕獲功率和進(jìn)步催化活性分隔，納米線/細(xì)菌混合技能使之變成也許。經(jīng)過這種方法，伯克利小組在模仿陽光下完成的太陽能轉(zhuǎn)化功率為0.38%，持續(xù)約200小時(shí)，與天然界中的樹葉相仿。
　　他們用醋酸鹽制作的定向化學(xué)品產(chǎn)值也得到進(jìn)步——高達(dá)26%的丁醇（一種相似汽油的燃料）、25%的青蒿二烯（一種抗瘧藥青蒿素的前體）和52%的可再生生物降解塑料PHB。跟著該技能進(jìn)一步精粹，估計(jì)體系的功能還會進(jìn)步。
　　“現(xiàn)在咱們正在研討第二代體系，把從太陽能到化學(xué)商品的轉(zhuǎn)化功率進(jìn)步到3%，”楊說，“等咱們在成本效益上達(dá)到了10%的轉(zhuǎn)化率，把這一技能面向商業(yè)化就切實(shí)可行了。”