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以德合作研發(fā)生物光電化學(xué)電池
時間:2020-07-16 10:26來源:科技日報 作者:毛黎
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以色列理工學(xué)院和德國波鴻大學(xué)的兩個研究小組表示，他們正在研究將光合聚光復(fù)合物的光吸收能力與光系統(tǒng)Ⅱ的電化學(xué)能力相結(jié)合，以此獲取可再生清潔能源，即利用光合作用為未來開發(fā)可再生清潔能源。
在自然界，細(xì)菌、藻類和植物經(jīng)過演化后，其類囊體膜中存在著光系統(tǒng)Ⅱ（PSⅡ），是自然光合作用的產(chǎn)物，能夠有效地通過光合作用將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。研究人員表示，他們試圖利用植物膜水分子獲取電子釋放的能來產(chǎn)生清潔燃料源，這也是人們所說的生物光電化學(xué)電池（BIOcells）。
以色列理工大學(xué)在聲明中說，人們正力圖用清潔能源替代化石燃料，豐富和無污染的太陽能被視為極具特別價值的能源。生物光電化學(xué)電池屬于可再生能源領(lǐng)域的創(chuàng)新概念，旨在半自然、半人為地利用自然過程來開發(fā)清潔、負(fù)擔(dān)得起的高效能源。
研究人員在發(fā)表于《材料化學(xué)A》雜志上的論文中稱，他們的新發(fā)現(xiàn)有望成為人類在制造太陽能生物光電化學(xué)電池方面的重要進(jìn)步，而這種電池將是未來主要的清潔能源。
為了在人工環(huán)境下實現(xiàn)生物光電化學(xué)電池的光生電過程，兩個團(tuán)隊開發(fā)了一種由兩種成分組成的生物電極，其中包括將PBS（一種聚光蛋白）和PSⅡ多蛋白復(fù)合物功能性相連接，有些是跨物種結(jié)合。這種連接的工作難度相當(dāng)高，但研究人員利用交聯(lián)劑成功實現(xiàn)了連接。這種交聯(lián)劑具有兩個或多個反應(yīng)端，能夠以化學(xué)方式附著蛋白質(zhì)。
研究人員表示，PBS-PSⅡ相連后與其他物質(zhì)組成的電極提高了光電轉(zhuǎn)換效率，與PBS單獨作為電極物質(zhì)相比，兩者相連的綠光間隙單色光子電子轉(zhuǎn)換效率（IPCE）最高達(dá)到了10.9%。分離PBS和PSⅡ的技術(shù)分別由德國和以色列的研究小組完成，他們共同將兩者整合到生物光電化學(xué)電池研究中。
以色列理工大學(xué)表示，他們研究中所涉及的蛋白質(zhì)連接和組裝能力代表了開發(fā)生物太陽能電池的重大突破。這意味著人們可以將不同物種的蛋白質(zhì)復(fù)合物進(jìn)行功能性組合，以建立集不同物種所長的半人工系統(tǒng)。
總編輯圈點
利用生物光合作用產(chǎn)生可再生能源，理論上來講大有可為——有機(jī)體參與到光合作用過程中，其產(chǎn)生的能量完全可以為光伏板供電，而且生物生長迅速，往往只需要極少的陽光和水即可，甚至有科學(xué)家認(rèn)為，這項技術(shù)有望在未來與硅基太陽能板相媲美。現(xiàn)在科學(xué)家突破性的進(jìn)行了不同物種蛋白質(zhì)的連接和組裝，或打開了生物光電巨大前景的一扇窗。未來或可看到藻類苔蘚的生物光電走入實際應(yīng)用，點亮你我桌前的一盞燈。
(責(zé)任編輯：子蕊)
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