植物为可再生能源指明了方向

日期:2017-12-02 13:15:27 作者:柏盍缉 阅读:

大卫·布拉德利(David Bradley)由于化学家开发出的分子应该像植物光合作用器具的两个关键组分一样发挥作用,因此可再生能源已经发展得更近了一些在美国,研究人员创造了一种模仿光化学“反应中心”的分子,将光转化为植物可以用来制造糖的能量形式与此同时,德国和日本的化学家已经生产出一种分子阵列,其作用类似于自然采光“天线复合物”,将能量汇集到这个反应中心在光合作用细胞中,叶绿素分子通过蛋白质连接在一起形成阵列,每个阵列包含数百个叶绿素分子在每个叶绿素中都有一个叫做卟啉的大圆盘形部分,可以吸收光子当它这样做时,其中一个电子被激发到更高的能级然后,这种激发 - 虽然不是激发的电子本身 - 从分子传递到分子朝向复合物的中心在复合体的核心位置是反应中心,它包含一个“特殊配对”的叶绿素分子 - 因为它们将一个受激电子释放到与它们结合的电子接受分子,而不仅仅是转移它的多余能量电子受体是醌的分子,醌是在每一侧带有羰基(CO)的几个芳香碳环的链电子转移提供能量以驱动由二氧化碳和水构成糖的反应伊利诺伊大学厄本那 - 香槟分校的Kenneth Suslick表示,这一特殊配对的关键特征是它们的紧密排列,它将卟啉基团从两个分子带到彼此0.3纳米之内在此距离处,静电效应使卟啉对呈现正电荷并向醌放弃电子在自然界中,蛋白质等细胞成分的支架将叶绿素固定在适当的位置,恰好相隔一段距离从头开始构建这种脚手架是不切实际的,因此化学家们试图通过在边缘之间形成化学桥来将卟啉结合在一起他们迄今为止所做的最好的是0.5纳米的间距,Suslick说这个距离不够近但在本周的Angewandte Chemie(第35卷,第1223页)中,他和他的同事们报告说,他们通过不同的手段达到了所需的间距化学家不是试图将卟啉连接到它们的边缘,而是去除了位于两个卟啉中心的金属原子,并用一个与两个分子相连的锆离子取而代之像一个天然的特殊配对,Suslick的分子有一个醌组与一个卟啉结合研究人员尚未证实电子转移可以在分子中发生,但醌应该接受电子 “我们的第一个化学系统是光合反应中心结构明确的模拟物,”Suslick说 Suslick表示,分子模拟物可用于制造光电池,其效率是现有太阳能电池板的两倍,后者依赖无机光敏材料这些最多只有15%的效率 “这与光合作用相比较差,”他说如果Suslick的分子可以与模拟天然天线复合物结合起来,甚至可以获得更好的表现,由Alfred Holzwarth和他的团队在Mülheim的Max Planck放射化学研究所开发,与Shiga的Ritsumeikan大学的日本同事一起工作它们的分子是自组装的,含有50到100个卟啉就像天然天线复合体中的叶绿素一样,这些卟啉从光中吸收能量,并将其汇集到阵列中的单个点(Angewandte Chemie,第35卷,