伯克利,CA -一个潜在的改变游戏规则的突破在人工光合作用的发展取得的一个系统,可以捕获二氧化碳(有限公司₂排放之前排放到大气中,然后由太阳能供电,将二氧化碳转换成化工产品。

科学家与美国能源部(DOE)劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)和加州大学伯克利分校(UC)创造了一个混合动力系统的半导体纳米线和细菌,模仿自然光合过程植物利用阳光的能量合成碳水化合物从有限公司₂和水。然而,这种新的人工光合系统综合二氧化碳和水的组合成醋酸,今天最常见的构建块的生物合成。

“我们相信,我们的系统是一个革命性的飞跃领域的人工光合作用,”杨Peidong说,化学家与伯克利实验室材料科学部门和本研究的领导人之一。“我们的系统有可能从根本上改变化学和石油工业中,我们可以在完全可再生的方式生产化学品和燃料,而不是从深层地面提取他们。”

杨,他还拥有任命与加州大学伯克利分校和卡夫能源纳米科学研究所(Kavli-ENSI)伯克利分校,是三个相应的作者之一描述这项研究杂志上的一篇论文纳米快报。本文题为“Nanowire-bacteria混合动力车的独立太阳能二氧化碳固定增值的化学物质。“这项研究的相应的作者和其他领导人化学家克里斯托弗Chang和米歇尔·张。同时还举行联合任命伯克利实验室和加州大学伯克利分校。此外,克里斯常是霍华德休斯医学研究所霍华德·休斯医学研究所的研究员。

的更多的二氧化碳释放到大气中温暖的气氛。大气二氧化碳现在在至少三百万年的最高水平,主要是燃烧化石燃料的结果。然而化石燃料,特别是煤,仍将是重要的能源来满足人们的需要在可预见的未来。2022世界杯八强水位分析固碳技术才会逃逸到大气中正在追赶但都需要捕获的碳存储,要求有自己的环境挑战。

伯克利分校的研究人员开发的人工光合作用技术解决存储问题,充分利用捕获的二氧化碳。

“自然光合作用,叶收获太阳能和二氧化碳减少,加上水中生物分子合成的产品形式,”Chris Chang说,催化剂对碳中和能源转换方面的专家。“在我们的系统中,纳米线收获太阳能和细菌,提供电子二氧化碳减少,加上水的合成各种各样的目标,附加值的化工产品。”

通过结合生物相容性聚光纳米线阵列在选择细菌种类,新的人工光合作用系统提供了一个双赢的情况对环境:使用隔离太阳能绿色化学有限公司₂。

“我们的系统是一个新兴的材料科学和生物学领域之间的联盟,在机会作出新的功能设备可以混合和匹配组件的纪律,”米歇尔Chang说,生物合成方面的专家。“例如,纳米线阵列保护细菌的形态像复活节彩蛋埋在高高的草丛中,所以这些usually-oxygen敏感的生物可以生存在环境二氧化碳来源如烟道气体。”

系统启动的“人工森林”纳米线异质结构,由硅和氧化钛纳米线,开发之前杨和他的研究小组。

“我们的人工森林是类似于绿色植物的叶绿体,”杨说。“当阳光吸收,photo-excited电子−孔对硅和氧化钛纳米线的生成,它吸收太阳光谱的不同区域。硅的photo-generated电子有限公司将被传递到细菌₂减少而photo-generated洞氧化钛分解水分子,使氧气。”

一旦建立了纳米线阵列森林,它是填充的微生物种群产生酶选择性催化还原的有限公司₂。在这项研究中,伯克利的团队使用Sporomusa ovata,厌氧细菌,容易接受电子直接从周围的环境和使用它们来减少二氧化碳。

”年代。ovata二氧化碳是一种很好的催化剂,使醋酸,通用的化学中间体,可用于制造各种各样的有用的化学物质,”米歇尔Chang说。“我们能够均匀填充纳米线阵列与美国ovata使用缓冲微咸水和微量维生素作为唯一的有机组成部分。”

一旦二氧化碳减少美国ovata醋酸(或其他生物合成的中间),转基因E。杆菌用于合成化工产品目标。提高针对性的化工产品的收益率,美国ovata和E。杆菌分开了这项研究。在未来,这两个活动——催化和合成,可以组合成一个单步过程。

他们人工光合作用系统成功的关键是light-capture的苛刻要求的分离效率和催化活性,是由纳米线/细菌混合动力技术。使用这种方法,伯克利团队实现了太阳能转换效率高达0.38%的约200个小时在模拟太阳光下,大概是一样的叶子。

收益率的目标产生的化学分子乙酸也鼓励——高达26%,丁醇,燃料与汽油,25% amorphadiene, antimaleria药物青蒿素的前体,52%的可再生和生物可降解塑料的PHB。改善性能预计进一步改进的技术。

“我们正在致力于我们的第二代系统,具有solar-to-chemical转换效率为3%,”杨说。“一旦我们可以达到10%的转换效率在一个具有成本效益的方式,技术应该在商业上可行。”

除了相应的作者,其他的合作者纳米快报论文描述这项研究Chong刘,Kelsey Sakimoto约瑟夫·加拉格尔和伊娃尼科尔斯。

美国能源部科学办公室主要资助这项研究。