科学家利用太阳能来制造氧气氢气等可再生燃料

该图像显示了两种与膜结合的蛋白质复合物，它们与合成催化剂一起从水中产生氢气。(图片：Olivia Johnson，Lisa Utschig经阿贡国家实验室)植物生物学的核心化学反应途径已经过调整，形成了利用太阳能将水转化为氢燃料的新工艺的支柱。在最近的一项研究中，科学家将两种膜结合蛋白复合物结合起来，将水分子完全转化为氢和氧。这项工作建立在早期研究的基础之上，该研究检测了这些蛋白质复合物之一

通过类囊体膜中光系统I-催化剂杂化物自组装的Z-方案太阳能水分解

基于这项研究的论文称为“”，发表在10月29日的化学科学期刊网络版上。

从太阳能中产生可再生燃料

光系统I是一种膜蛋白，可以利用光能将电子提供给制造氢的无机催化剂。

然而，这部分反应仅代表氢气生成所需的整个过程的一半。

通过使用第二种蛋白质复合物，利用光能分解水并从中吸收电子，称为光系统II，Argonne化学家Lisa Utschig及其同事能够从水中取出电子并将它们送入光系统I.

在早期的实验中，研究人员为光系统I提供了来自牺牲电子供体的电子。

“技巧是如何快速连续地将两个电子送到催化剂中，”Utschig说。

这两种蛋白质复合物嵌入类囊体膜中，就像在高等植物中产生氧气的叶绿体内部发现的那样。

“我们直接从大自然中获取的膜对于配对两个光系统至关重要，”Utschig说。

“它在结构上同时支持它们，并为蛋白质间电子转移提供直接途径，但不会阻碍催化剂与光系统I的结合，”她解释说。

为什么设计很重要

这种设计的美妙之处在于它的简单性 - 你可以用天然膜自组装催化剂来完成你想要的化学反应

“，”Utschig说。

根据Utschig的说法，Z-方案 - 这是在类囊体膜中发生的自然光合作用的光触发电子传输链的技术名称 - 和合成催化剂非常优雅地结合在一起。

另一项改进涉及用钴或含镍催化剂代替早期研究中使用的昂贵的铂催化剂。