據物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，美國哈佛大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院、哈佛醫學(xué)院和威斯生物工程研究所受樹(shù)葉的啟發(fā)，創(chuàng )造出一種利用細菌將太陽(yáng)能轉化為液體燃料的“人造樹(shù)葉”系統，使用催化劑使陽(yáng)光將水分解為氫氣和氧氣，設計一種細菌將二氧化碳加氫轉化為液體燃料異丙醇。該研究結果發(fā)表在美國《國家科學(xué)院學(xué)報》上。

這篇論文的資深作者、哈佛醫學(xué)院生物化學(xué)和系統生物學(xué)系的帕梅拉·希爾韋、埃利奧特·T和亞當斯教授稱(chēng)這個(gè)系統為仿生葉，首肯了發(fā)明這種人造樹(shù)葉的哈佛大學(xué)教授帕特森·伍德和丹尼爾·諾塞拉的工作。

兩年前，諾塞拉在美國麻省理工學(xué)院化學(xué)系從事研究工作。他曾經(jīng)指出，人造樹(shù)葉的想法來(lái)自化學(xué)家早些年的想象，終有一天會(huì )發(fā)現“植物們守護著(zhù)的秘密”。諾塞拉說(shuō)，最重要的秘密是水分解成氫氣和氧氣的過(guò)程。在人造樹(shù)葉兩面分別產(chǎn)生氫氣和氧氣的薄膜中間夾著(zhù)日光收集器。將人工樹(shù)葉放入陽(yáng)光照射下的水中，人造樹(shù)葉周?chē)鷷?huì )產(chǎn)生氣泡，釋放出的氫氣能用于為燃料電池產(chǎn)生電力。這些能自給自足的廉價(jià)供能單位，對需要電力的偏遠地區和發(fā)展中國家很有吸引力，但迄今為止的設計都依賴(lài)像鉑那樣昂貴的金屬和高成本的制造工藝上。

為了使這些設備得到更廣泛的應用，諾塞拉將用于產(chǎn)生氫氣的催化劑鉑用鎳鉬鋅合金替代。在葉子的另一面，有一層用鈷做的薄膜用來(lái)產(chǎn)生氧氣。諾塞拉指出，所有這些材料在地球上都十分豐富，不像稀有昂貴的金屬鉑、貴金屬氧化物和已經(jīng)被其他人使用過(guò)的半導體材料。他說(shuō)：“像人造樹(shù)葉這樣面向貧困地區的太陽(yáng)能研究，為全球可持續能源發(fā)展的未來(lái)提供了最直接的路徑。”

不久后，諾塞拉從麻省理工學(xué)院來(lái)到哈佛大學(xué)，便和希爾韋開(kāi)始合作。他們在“個(gè)性化的能源”或制造能源本地化的理念上達成一致，認為能源本地化將在發(fā)展中國家具有吸引力。這是相對于當前的能源系統，比如石油需集中生產(chǎn)，然后送到加油站的制造能源方式。

希爾韋說(shuō)：“我們不想制造出一些超級復雜的系統，相反，正在尋找更為簡(jiǎn)單易行的使用方式。”而這種人造葉取材廉價(jià)，催化劑也很容易獲得。

希爾韋表示：“所制作的這種催化劑和生物如細菌的生長(cháng)條件極為適合和匹配。”在新的系統里，一旦仿生葉產(chǎn)生氧氣和氫氣，氫氣會(huì )被“喂”給一種真氧產(chǎn)堿桿菌。該細菌中的一種酶把氫還原成質(zhì)子和電子，并將它們與二氧化碳結合復制更多的細胞。然后，研究人員采用新的方法制造出異丙醇�；诼槭±砉W(xué)院微生物學(xué)和健康科學(xué)與技術(shù)教授安東尼·辛斯克之前的發(fā)現，這種新方法是這種細菌通過(guò)新陳代謝過(guò)程制造異丙醇。

威斯生物工程研究所核心教授組成員之一的西爾弗說(shuō)：“現在新的研究證明了一個(gè)概念，你可以有辦法收集太陽(yáng)能并將其存儲在液體燃料的形式中。新發(fā)現的這種強大催化劑將其實(shí)現了，我們本來(lái)想的是要用上幾種細菌與收集的太陽(yáng)能才能對接完成此項任務(wù)�，F在用一種細菌就可以完成，這真是一個(gè)完美匹配的組合。”

這篇論文的共同作者、在希爾韋實(shí)驗室從事生物系統的研究人員布倫丹說(shuō)：“無(wú)機催化劑與生物接口的優(yōu)點(diǎn)是你有了一個(gè)前所未有的平臺。從太陽(yáng)能到化學(xué)產(chǎn)品是這篇論文的核心要點(diǎn)，到目前為止，我們一直在使用植物，但是現在正在開(kāi)發(fā)前所未有的生物能力制造大量的化合物。”研究人員認為，同樣的原理可以用于生產(chǎn)藥物，如少量的維生素。

這個(gè)研究團隊的當務(wù)之急，是通過(guò)優(yōu)化催化劑和細菌，提高仿生葉片轉換太陽(yáng)能為生物質(zhì)的能力。與自然界中將陽(yáng)光轉化為生物質(zhì)1%的光合作用效率相比，他們的目標是實(shí)現5%的效率。