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细菌+微型太阳能板只要一个桶就能进行光合作用

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  在化石能源危机四起的今天,能有效收集存储利用天然核反应堆——太阳,成为当今科技发展的议题。自然界中光合作用是有效利用太阳光的途径之一,但是,自然界的光合作用效率一般不高,大部分植物将太阳光成生物质的率仅为0.1%-0.2%,就算是生物反应器条件下的微藻类,目前也只在1—2%。

  因此,科学家们一直希望能够跳出植物的视角,能够人工利用太阳光来“山寨”光合作用,人工光合作用就是收集“液态阳光”的一个过程,通过清洁、必威体育娱乐官网,绿色过程来减少二氧化碳并生产高价值化工产品,将太阳光为液态燃料存储起来。

  人工光合作用其中一个方法是将细菌与无机半导体结合,纳米半导体粒子主要是收集阳光,这模拟自然界光合作用中叶绿素的作用。

  在最近的第?254?届美国化学会全议暨博览会上,来自美国劳伦斯伯克利实验室的?Kelsey K. Sakimoto?团队提出一种新型微型太阳能电池板,其是由细菌组成的混合系统。该系统利用硫化镉(CdS)纳米粒子非光合作用的细菌Moorella thermoacetica,太阳能电池板表面是由可以捕获太阳光子硫化镉纳米粒子组成,光激发硫化镉CdS后可以产生光生电子-空穴对,并用于参与人工光合作用中的化学反应。

  图丨细菌修饰CdS生物反应器(左);吸收光的纳米晶体(中)将太阳光、二氧化碳、水为有用的化学物质(右)

  随后他们表示,该CdS-Moorella thermocatica系统可以利用光将二氧化碳还原为乙酸。乙酸是一种通用型的化学原料,可以用于制造聚合物、药物以及液体燃料,并且厨房里醋5—20% 是由乙酸构成。Sakimoto团队也将致力于将二氧化碳为其他化学燃料如,甲醇、液氢等液体燃料存储起来。

  Sakimoto?说:“一旦这些微型太阳能电池板‘装上’这些细菌,这样细菌就可以全部通过太阳能生产食物、燃料以及塑料”。那么为什么需要太阳能电池板这样一个媒介呢?因为只有光伏电池可以将所有太阳光成电子流,而自然光合作用只是将其成植物生长所需要的食物。

  而这样一个细菌-半导体混合的人工光合作用的效率有多高呢?Sakimoto?说,“可以超过80%”。而且得益于细菌这样一个生物体,该系统可以进行复制和繁殖,从而可以长期稳定进行人工光合作用。不同于许多人工光合作用装置,这样一个系统装置不需要花费巨大的固体电极,因为在进行化学能过程相对于整个装置是的,只需要一个桶就可以在太阳光下进行反应。

  这样一个高效的人工光合作用无疑为人类的能源未来制定一份B计划。一向看好新能源的比尔·盖茨也格外关注人工光合作用。他认为这项技术具备前景,并称该技术很“奇妙(magical)”。2015年,他还和多位全球商界名人联合成立了一个旨在全球范围内开发清洁能源的机构——突破能源联盟 (Breakthrough Energy Coalition)。马云、马克·扎克伯格、贝佐斯等都是该基金会的投资人。

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