一种使用光合作用机制制造甲烷的新方法比以前的尝试效率高 10 倍。
一种新的人工光合作用方法可以使人类更接近于使用植物的机器制造燃料。
新系统的效率比以前的合成光合作用方法高 10 倍。 自然光合作用允许植物利用太阳能将二氧化碳 (CO2) 和水转化为碳水化合物，而人工方法可以将二氧化碳和水转化为甲烷和乙醇等能量密集型燃料。 这可以提供一种替代从古代岩石中钻出的化石燃料的方法。
新研究的作者之一、芝加哥大学化学家林文斌在一份声明中说：“许多人没有意识到的最大挑战是，即使是大自然也无法解决我们使用的能量问题。” 自然光合作用虽然足以让植物养活自己，但仍无法提供为我们的家园、城市和国家提供燃料所需的能量。 “我们必须比大自然做得更好，这很可怕，”他说。
多年来，研究人员一直在努力借用光合作用机制来制造他们自己想要的化学物质，但调整光合作用以满足人类需求并不容易。 这个过程很复杂，涉及两个步骤：首先，分解水和二氧化碳，其次，将原子重新连接成碳水化合物。 Lin 和他的团队必须创建一个系统来代替产生甲烷或 CH4，这是一种被四个氢分子包围的碳。
尽管燃烧这种合成甲烷仍会导致温室气体排放，但研究人员还在致力于利用人工光合作用制造氢燃料，这种燃料只会释放水蒸气和温暖的空气。
为此，他们从金属有机框架开始——由有机分子连接的带电金属原子组成的网络。 （有机分子含有碳。）他们将这种金属有机框架的单层浸入钴溶液中； 这种元素擅长吸收电子并在化学反应过程中移动它们。
然后研究人员做了一些以前没有尝试过的事情。 他们在混合物中添加了氨基酸，即蛋白质的分子组成部分。 这些氨基酸提高了反应双方的效率，分解二氧化碳和水并将它们重建为甲烷。 该团队在 11 月 10 日的《自然催化》杂志上报告说，由此产生的系统比以前的人工光合作用方法效率高 10 倍。
然而，这仍然不足以产生足够的甲烷供人类使用。
“我们现在所处的位置，需要扩大许多数量级才能产生足够数量的甲烷供我们消费，”林说。 但是，他说，该团队能够确定该系统在分子水平上的工作方式，这在以前从未被完全理解。 在他们扩大流程之前，了解流程是至关重要的一步。
如果该系统目前的效率不足以为汽车提供燃料或为家庭供暖，那么对于不需要如此大量产品的其他用途可能已经可行。 例如，Lin 说，类似的方法可用于生产用于制药的基础化学品。
“这些基本过程中有很多是相同的，”林说。“如果你开发出好的化学物质，它们可以插入许多系统中。”