麻省理工學(xué)院的科學(xué)家從植物的光合作用過(guò)程中獲得了靈感，將水轉(zhuǎn)化為氫氣和氧氣。
通過(guò)光合作用，植物利用陽(yáng)光把水分解，產(chǎn)生化學(xué)燃料來(lái)為它們的生長(zhǎng)提供動(dòng)力。
同樣，將水分裂可以成為一個(gè)潛在解決方案，能夠讓太陽(yáng)能電池板即使在太陽(yáng)下山后仍能繼續(xù)發(fā)電。通過(guò)使用太陽(yáng)光從水中生產(chǎn)氫氣，氫氣可以被儲(chǔ)存起來(lái)，通過(guò)燃料電池或液體燃料的方式，來(lái)隨時(shí)為汽車(chē)發(fā)電。
為了重現(xiàn)水分解的過(guò)程，研究小組使用了被稱(chēng)為M13的轉(zhuǎn)基因病毒。它能夠吸附并固定催化劑分子，比如銥氧化物、生物色素、鋅卟啉。該研究小組由材料科學(xué)與生物工程教授Angela Belcher領(lǐng)導(dǎo)。
催化劑分子與病毒結(jié)合后，轉(zhuǎn)基因病毒可以作為一個(gè)生物學(xué)基底，使得色素和催化劑形成排列。色素起到天線的作用，可以捕捉陽(yáng)光，并能夠?qū)⒛芰總鞯讲《揪�上，產(chǎn)生水分裂反應(yīng)。
Belcher女士說(shuō)，附著的卟啉能夠使病毒有效地吸收陽(yáng)光。
然而，病毒線終會(huì)結(jié)塊，導(dǎo)致效率損失。為了解決這個(gè)問(wèn)題，該小組將病毒線封裝在一個(gè)微凝膠矩陣中以保持其結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和效率。
研究小組也集中研究技術(shù)上更有挑戰(zhàn)性的部分——從水中分裂氧氣。植物和藍(lán)藻（也叫藍(lán)綠藻）具有的、高度組織化的光合系統(tǒng)，可以有效地從水中分解氧。
其他科學(xué)家試圖利用植物的光合作用組件來(lái)收集太陽(yáng)光，但在材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性上遇到了困難。
因此，Belcher女士和她的同事決定方法上采用光合作用，而不是直接利用光合作用的組件。他們模仿了植物細(xì)胞的天然色素吸收陽(yáng)光、引發(fā)水分裂反應(yīng)的過(guò)程。
“我們利用的組件是人們以前使用過(guò)的。但是，我們利用生物學(xué)方法將它們組合起來(lái)，可以得到更高的效率，”她說(shuō)。
論文的作者博士生Yoon Sung Nam說(shuō)，利用病毒來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自組裝，可以將氧氣的生產(chǎn)效率翻兩翻。該論文被發(fā)表在《Nature Nanotechnology》雜志上。
下一步是要發(fā)現(xiàn)一個(gè)類(lèi)似的生物系統(tǒng)，以提高氫的生產(chǎn)效率。
目前，該小組正在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的第二部分，將氫和水分裂過(guò)程產(chǎn)生的其它分子的質(zhì)子和電子結(jié)合起來(lái)。
此外，研究小組正在努力尋找成本更低的通用材料作催化劑，以取代昂貴稀有的銥。
Belcher女士沒(méi)有指出產(chǎn)品商業(yè)化的具體時(shí)間。但她預(yù)計(jì)，兩年內(nèi)他們將能夠成功地建立一個(gè)可自持系統(tǒng)的原型。
不過(guò)，賓夕法尼亞州立大學(xué)材料化學(xué)與物理教授Thomas Mallouk說(shuō)，在這種系統(tǒng)或其它任何人工光合作用系統(tǒng)被用于能量轉(zhuǎn)換之前，該研究小組還有很多問(wèn)題需要解決。
他補(bǔ)充表示，這種系統(tǒng)的效率必須比天然光合作用高至少10倍以上，能夠重復(fù)光合反應(yīng)10億次，并使用成本更低的材料，才能比其他太陽(yáng)能發(fā)電方式更具有成本優(yōu)勢(shì)。
不過(guò)，Mallouk先生對(duì)該方面的技術(shù)突破仍保持樂(lè)觀。 他說(shuō)：“這在短期內(nèi)是不可能的。但是，這篇論文的設(shè)計(jì)思想，為解決一些這方面的難題提供了重要的思路�！�
原文作者：Honey Garcia
