在人工光协作用研讨范畴，也许迎来一次改动游戏规则的打破：开宣布一种二氧化碳捕获体系，并运用太阳能将捕获的二氧化碳转化成有价值的化学商品，包含可生物降解塑料、药物甚至液体燃料。
植物能运用光能把二氧化碳和水构成碳水化合物。美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室和加州大学伯克利分校科学家协作，开宣布一种由半导体纳米线和细菌构成的混合体系，能模仿天然界植物的这种光协作用进程。有关论文宣布在最近的《纳米快报》杂志上。
“咱们信任，这一体系是人工光协作用范畴的一次革命性腾跃，有望从根本上改动化学和石油工业。”研讨负责人之一、伯克利实验室资料科学部化学家杨培东（音译）说，“咱们能以彻底可再生的方法生产出化学品和燃料，而不是从地底深处获取它们。”
太阳能绿色化工
释放到大气层中的二氧化碳越多，大气就会越暖。现在地球大气中二氧化碳浓度已达到近300万年来的最高水平，这主要是化石燃料焚烧的成果。而在可预见的将来，化石燃料，尤其是煤炭，仍是满意人类所需能量的最大来历。大家一直在寻觅在二氧化碳进入大气之前将其阻隔的技能，但所有这些技能都需要把捕获的碳存储起来，这么做自身也带来了环境挑战。
伯克利研讨人员开发的人工光协作用技能处理了存储疑问，一起也非常好地运用了捕获的二氧化碳。“在天然的光协作用中，树叶会搜集太阳能复原二氧化碳，与水联系，经过分子构成生物质，”论文作者之一，霍华德·休斯医学研讨所研讨碳中和能量转化催化剂方面的专家克莉丝·张说，“在咱们的体系中，纳米线会搜集太阳能并把电子传递给细菌，细菌将二氧化碳复原并与水联系，从而构成多种高附加值的化学商品。”
这是一种新式人工光协作用体系，把生物适应性光捕获纳米线阵列和挑选出来的细菌群联系在一起，供给了一种环境双赢形式：运用阻隔二氧化碳的太阳能绿色化工。
资料学与生物学联合
“咱们的体系代表了资料学和生物学之间新式的联合，这一联合范畴也为开发新的功能设备供给了广阔时机。”研讨小组的生物构成专家米歇尔·张说，“比方，纳米线阵列的形状构造要能保护细菌，就像埋在高草丛中的复活节鸡蛋那样，如此才能使对氧气灵敏的微生物在充溢二氧化碳的环境中生存下来，比方在烟道气体中。”
这一体系前期由杨培东的研讨小组开发，开端就像一片奇异的“人工森林”，由硅和二氧化钛纳米线构成。
“咱们的人工森林就像绿色植物中的叶绿体。”杨说，“当阳光被吸收，光子在硅和二氧化钛纳米线中激起发生电子—空穴对，吸收不同频率的太阳光谱。光子发生的电子在硅中被传递给细菌用于复原二氧化碳，光子发生的空穴在二氧化钛中将水分子分化，发生氧气。”
纳米线阵列森林建成后，变成一种微生物群落的栖息地，这些微生物群落能发生特别的酶，挑选性地催化复原二氧化碳。在这一研讨中，伯克利小组用的是一种叫做卵形鼠孢菌的厌氧菌，这种菌能很简单地直接从周围环境中取得电子，复原二氧化碳。
“鼠孢菌是非常好的二氧化碳催化剂，一起生成醋酸盐，这是一种多功能化学中间体，能够制作多种有用的化学商品，”米歇尔·张说。“运用缓冲半咸水和少数维生素，咱们能够在纳米线阵列中统一‘进驻’鼠孢菌。”
当鼠孢菌把二氧化碳复原成醋酸盐（或其它生物构成中间体）后，再由转基因大肠杆菌将其构成特别的化学品。在他们的研讨中，为了进步方针化学品产值，把鼠孢菌和大肠杆菌别离开来。将来催化与构成这两步能够合并为一个进程。
将来商业化展望
研讨人员指出，他们的人工光协作用体系成功的关键是别离方针要求，将进步光捕获功率和进步催化活性分隔，纳米线/细菌混合技能使之变成也许。经过这种方法，伯克利小组在模仿阳光下完成的太阳能转化功率为0.38%，持续约200小时，与天然界中的树叶相仿。
他们用醋酸盐制作的定向化学品产值也得到进步——高达26%的丁醇（一种相似汽油的燃料）、25%的青蒿二烯（一种抗疟药青蒿素的前体）和52%的可再生生物降解塑料PHB。跟着该技能进一步精粹，估计体系的功能还会进步。
“现在咱们正在研讨第二代体系，把从太阳能到化学商品的转化功率进步到3%，”杨说，“等咱们在成本效益上达到了10%的转化率，把这一技能面向商业化就切实可行了。”
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