在研究人員通過改變植物中的光合作用，成功地將水分解為氫和氧之後，尋求利用太陽能的新方法，又向前邁出了一步。據外媒報導：劍橋大學的科學家們，開發出了一種新型光電化學電池。他們將一套吸收紅光和藍光的系統，與一種特殊的酶（氫化酶 / Hydrogenase）聯繫了起來。論文一作、聖約翰學院博士生 Katarzyna Sokó 表示，它有望成為一個開發太陽能技術的極佳平臺。
這套人工光合裝置，據說可吸收比自然光更多的能量。
光合作用是職務將太陽光轉化為能量的過程。當植物吸收的水被「裂解」時，氧氣就成為了光合作用的「副產物」。
它是地球上最重要的反應之一，為這顆星球供應了氧氣來源。水解產生的氫氣，有望成為綠色且無汙染的『無限再生』能源。
由劍橋大學領導的這項新研究，使用半人工光合作用來探索生產和儲存太陽能的新方法。
科學家們混合利用了自然陽光、生物成分、以及人造技術，將水轉化成了氫氣和氧氣，該研究有望革新可再生能源的生產系統。
研究配圖 - 1：用於無輔助整體水分解的半人工串聯PEC系統。
發表在《自然·能源》期刊上的一篇論文，概述了劍橋大學化學系 Reisner 實驗室的學者們，是如何開發他們的平臺、以實現無輔助太陽能驅動水分解的。
與自然光合作用相比，新方法能夠吸收更多的太陽光 —— 自然光合作用的效率不高，植物的進化，僅僅是為了滿足其生存所需，對能量的需求並不高。
一方面，自然光合作用的轉換和存儲效率，只發揮了 1~2% 的潛力。另一面，儘管人工光合作用的研究已經持續了數十年，但尚未有人成功將之用於製造可再生能源。
此前的人工光合作用，多依賴於催化劑的使用 —— 不僅昂貴、還有毒 —— 這意味著相關研究結果難以擴展至工業化的水平和規模。
研究配圖 - 2：PF-PEC 聯用 PSII 染料光電陽極。
劍橋研究的新興技術，則是採用了半人工、半自然的方法。其旨在通過酶的使用，來產生所需的反應，以完全克服人工光合作用的局限性。
Sokó 和研究團隊不僅改善了產生和儲存的能量，還設法重新啟動了已經蟄伏了數千年的藻類過程。
她解釋到：「氫化酶是一種存在於藻類中的酶，它能夠將質子還原成氫氣。在進化的過程中，這個過程已被停用，因為它不再是生存所必須」。
好消息是，研究團隊成功繞過了這一點，並實現了想要的反應 —— 將水裂解為氫氣和氧氣。
研究配圖 - 3：染料光電陽極的光電流作用譜。
Sokó 希望憑藉這項發現，開發出用於太陽能轉換的新穎創新模型系統。該模型是第一個成功使用氫化酶和光系統來創建純太陽能驅動的半人工光合作用模型。
令人興奮的是，我們可以有選擇地指定想要的流程，並實現所需的反應，這種反應本質上是很難接近的。這有望成為開發太陽能技術的一個極佳平臺，通過與其它反應相結合，可以學習、構建合成更強大的太陽能技術。
研究配圖 - 4：半人工 PEC 單元的水分解。
Rewin 實驗室主任、劍橋大學聖約翰學院院士、論文合著者之一的 Erwin Reisner 博士表示，這是一項裡程碑式的研究。
這項工作克服了許多與將生物和有機成分整合到無機材料中，以組裝半人工裝置的相關難題，並開闢了開發未來太陽能轉換系統的工具箱。
有關這項研究的詳情，已經發表在近日出版的《自然·能源》（Science Energy）期刊上。原標題為：
《Bias-free photoelectrochemical water splitting with photosystem II on a dye-sensitized photoanode wired to hydrogenase》
[來源：University of Cambridge , via：New Atlas]