科学家通过人工光合作用利用阳光制造出可生物降解的塑料

科学家通过人工光合作用利用阳光制造出可生物降解的塑料利用太阳光为光氧化系统提供动力，丙酮酸和CO¬2被苹果酸脱氢酶和富马酸酶转化为富马酸由人工光合作用研究中心的YutakaAmao教授和大阪市立大学研究生院的研究生MikaTakeuchi领导的研究小组，已经成功地从二氧化碳中合成富马酸，这是一种塑料原料，这也是首次由阳光驱动来生成的材料。他们的研究结果发表在《可持续能源与燃料》上。富马酸通常是从石油中合成的，用作制造可生物降解塑料（如聚丁二酸）的原料，但这一发现表明，富马酸可以利用可再生的太阳能从二氧化碳和生物质衍生化合物中合成。"为了实现人工光合作用的实际应用，这项研究成功地使用了可见光-可再生能源-作为动力源，"Amao教授解释说。"在未来，我们的目标是收集气态二氧化碳，并通过人工光合作用直接合成富马酸"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1343733.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1343733.htm

人工光合作用可将工业废料转化为生态友好型塑料

人工光合作用可将工业废料转化为生态友好型塑料利用相当于太阳光的能量，该人工光合作用系统使用酶和铑催化剂来生产一种可生物降解的塑料前体。现在，这个过程首次使用低浓度的二氧化碳（类似于废气）和废丙酮作为原料来工作。该研究旨在重新利用来自永久性记号笔墨水的废丙酮和相当于发电厂和其他工业来源废气的二氧化碳。24小时后，超过60%的丙酮被转化为3-羟基丁酸。该团队的研究结果发表在《绿色化学》上，强调了人工光合作用的实际应用，以及他们进一步开发该技术以更有效地利用废弃材料的计划。聚-3-羟基丁酸酯--一种可生物降解的塑料--是一种经常用于包装材料的防水聚酯由3-羟基丁酸酯作为前体制成。在以前的研究中，由大阪都立大学人工光合作用研究中心的YutakaAmao教授领导的研究小组发现，3-羟基丁酸盐可以从二氧化碳和丙酮中高效合成，但只在二氧化碳或碳酸氢钠浓度较高时证明了这一点。这项新的研究旨在重新利用来自永久性记号笔墨水的废弃丙酮和低浓度的二氧化碳--相当于发电厂、化工厂或钢铁厂的废气。丙酮是一种相对便宜且合理无害的化学品，在许多不同的实验室环境中使用，用于反应或作为清洁剂，从而产生废丙酮。丙酮和二氧化碳作为原料，利用人工光合作用合成3-羟基丁酸，由相当于太阳光的光线驱动。24小时后，超过60%的丙酮已成功转化为3-羟基丁酸。"我们把注意力集中在利用火力发电厂和其他来源的废气产生的二氧化碳来证明人工光合作用的实际应用的重要性，"Amao教授解释说。"在未来，我们的目标是进一步发展人工光合作用技术，使其能够使用液体废物中的丙酮以及实验室的废气作为原料。"他们的研究结果于2023年3月1日发表在《绿色化学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1351991.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1351991.htm

利用人工光合作用种植作物

利用人工光合作用种植作物光合作用通常是指绿色植物吸收光能后，把二氧化碳和水转化为有机物（包括可供食用的部分）和氧气。但这个过程的能量效率非常低——只有约1%的太阳能会被植物利用。近日，通过一种人工光合作用的方法，将二氧化碳和水转化为了食物。研究人员利用的是他们自主开发的两步串联电解装置，以及两步电催化方法：首先将二氧化碳和水转化为醋酸盐，然后在黑暗环境下培养可制造食物的生物体，这些生物体能够通过“吃”醋酸盐来繁殖。其中，电能是利用太阳能电池板产生的。研究人员表示，这种有机-无机混合系统可以将能量转化效率（太阳能到“食物”）最多提升到植物的18倍。他们还探究了利用该技术种植农作物的潜力，结果发现，豇豆、番茄、烟草、大米、油菜和绿豌豆都能在黑暗环境中，使用醋酸盐中的碳来生长。研究人员表示，这种人工光合作用的方式或可以用在城市中以便种植作物，或用于未来的太空探索。

科学家研究打造地球之外的人工碳循环

科学家研究打造地球之外的人工碳循环例如，宇航员每天需要近一公斤的氧气来维持生命。因此，每年必须运输数吨氧气才能在地外建立空间站，从而增加了任务的成本和风险。预计在地外站点建立人工碳循环可以改变这种状况。在地球上，碳循环使碳原子从大气层（以二氧化碳和甲烷等气态碳化合物的形式存在）转移到地球（以糖、淀粉等形式存在），最后返回大气层，完成循环。这种生物地球化学循环的能量输入由太阳能提供，植物或其他生物吸收太阳能，通过光合作用将CO2和H2O转化为碳基化合物和氧气。鉴于目前的目标地外地点（即月球和火星）拥有充足的太阳光照射，并显示出丰富的二氧化碳和水储备，因此可采用这种光合作用策略在地外地点建立人工碳循环系统，为太空任务提供充足的推进剂和生命支持。随着在地外星球发现丰富的二氧化碳和水储备，有人提出也可以在地外星球实施光催化二氧化碳转化，建立人工碳循环系统，为太空任务提供推进剂和生命支持。人工光合作用：可持续的解决方案在此背景下，通过光催化二氧化碳转化进行人工光合作用，有望实现可持续循环。具体来说，这种策略可以模仿绿色植物光合作用的作用，有望在地球上重建目前因二氧化碳排放过量而中断的自然界碳循环。这种人工光合作用战略如果作为ISRU的一部分在地外站点成功实施，也可以在地外站点建立人工碳循环。迄今为止，通过光催化二氧化碳转化已成功生产出多种产品，如CO、CH4、CH3OH和HCHO。然而，光催化CO2的转化效率仍不能满足实际应用的需要。因此，开发具有优异光转化效率和产品选择性的光催化二氧化碳转化技术，不仅在地球上，而且在地外也有很大的应用前景。地外光催化的研究前景最近，中国科学技术大学熊玉杰教授领导的研究团队撰写了一篇关于地外光催化二氧化碳转化的评论，为光催化二氧化碳转化的发展及其在地球以外的应用提供了简明清晰的指导。他们首先概述了光催化二氧化碳转化的基本和一般原理。然后，他们总结了光催化技术在地外实施过程中可能遇到的问题。最后，对这一领域的发展进行了展望。相关成果发表在《中国催化学报》上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1382765.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1382765.htm

科学家捕捉到光合作用“从水到氧”过程

科学家捕捉到光合作用“从水到氧”过程日本冈山大学教授沈建仁等人成功捕捉到了负责植物光合作用的蛋白质中存在的催化剂吸收水分子的瞬间。研究报告发表在本周出版的《》期刊上。光合作用是指植物和藻类利用阳光分解水和二氧化碳、产生能量和氧气的反应。名为“光系统Ⅱ”的约20个蛋白质与叶绿素组成的复合体吸收光能，从水分子中分离电子和氢离子，形成氧气分子的过程是光合作用的开始。研究团队此前捕捉到水分子被光系统Ⅱ吸收之后的情形，但不知道这一过程中发生了什么。研究团队在X射线激光设施“SACLA”中，利用持续数十飞秒(1秒的1000万亿分之一)的X射线进行闪光拍摄，捕捉到了光系统Ⅱ蛋白质的快速活动。用可见光照射蛋白质，在促进反应的同时，通过X射线照射分析了吸收水分子后立体结构发生变化的情形。沈教授表示，今后将对光系统Ⅱ的最后一步，也就是出现氧分子的过程进行分析。如果能解析植物的光合作用，并应用其原理，或有望实现人工光合作用。来源，图：圆形的大型放射光设施“SPring-8”和直线型的X射线自由电子激光设施“SACLA”频道：@kejiqu群组：@kejiquchat

科学家发现从工业排放中捕集碳的更好方法

科学家发现从工业排放中捕集碳的更好方法俄勒冈州立大学的研究人员发现，一种被称为金属有机框架（MOF）的具有成本效益的纳米材料，即使在潮湿的条件下也能有效去除工业排放物中的二氧化碳。这种新型MOF由铝和一种普通配位体组成，有望解决碳捕集过程中的一些难题，包括高成本和在潮湿环境中的有效性降低。图片来源：KyriakosStylianou提供，OSU科学学院。二氧化碳是一种温室气体，由燃烧化石燃料产生，是气候变暖的主要原因之一。Stylianou指出，过滤空气中碳的设施开始在全球兴起--世界上最大的过滤设施将于2021年在冰岛投入使用--但它们还不足以对全球的排放问题产生重大影响。冰岛发电厂一年的二氧化碳排放量相当于大约800辆汽车的年排放量。不过，在工厂等进入大气层的地方减缓二氧化碳排放的技术相对来说已经发展得很成熟。其中一项技术涉及被称为金属有机框架（MOFs）的纳米材料，这种材料可以在烟气通过烟囱时通过吸附作用拦截二氧化碳分子。化学助理教授Stylianou说："二氧化碳的捕获对于实现净零排放目标至关重要。由于多孔性和结构的多样性，MOFs在碳捕集方面展现出了广阔的前景，但合成MOFs通常意味着要使用重金属盐和有毒溶剂等在经济和环境方面都很昂贵的试剂。"他说，此外，处理烟囱气体中的水份也使二氧化碳的去除变得非常复杂。许多已显示出碳捕集潜力的MOF在潮湿条件下失去了功效。烟道气可以进行干燥处理，但这会大大增加二氧化碳去除过程的成本，足以使其在工业应用中失去可行性。因此，我们试图利用MOF来解决目前用于碳捕集的材料的各种局限性：成本高、对二氧化碳的选择性差、在潮湿条件下稳定性低以及二氧化碳吸收能力低。MOFs是一种结晶多孔材料，由带正电荷的金属离子和被称为配体的有机"连接"分子组成。金属离子形成节点，与连接体的臂结合在一起，形成类似笼子的重复结构；该结构具有纳米级孔隙，可以吸附气体，类似于海绵。MOF可由多种成分设计而成，这些成分决定了MOF的特性。化学研究人员已经合成了近10万种MOF，并对另外50万种MOF的特性进行了预测。"在这项研究中，我们引入了一种由铝和一种容易获得的配体（苯-1,2,4,5-四羧酸）组成的MOF，"Stylianou说。"MOF在水中合成，只需几个小时。MOF具有与二氧化碳分子大小相当的孔隙，这意味着有一个密闭的空间可以囚禁二氧化碳。MOF在潮湿的条件下也能很好地工作，而且更喜欢二氧化碳而不是氮气，这一点非常重要，因为氮氧化物是烟道气的一种成分。如果没有这种选择性，MOF就有可能与错误的分子结合。"这种MOF是湿法燃烧后碳捕集应用的理想候选材料，它成本低廉，分离性能优异，可以再生和重复使用至少三次，且吸收能力相当。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1377049.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1377049.htm