人工光合作用：研究人员模拟植物

通过人工光合作用，人类可以利用太阳能结合二氧化碳产生氢气。来自德国维尔纽斯堡和首尔的化学家们在这方面又向前迈进了一步：他们合成了一堆非常接近植物光合作用装置的染料。它吸收光能，利用光能分离载流子，并在堆栈中快速有效地转移它们。研究结果发表在《自然化学》杂志上。

　　

光合作用是一个奇妙的过程：植物利用它从简单的原料二氧化碳和水中产生糖分子和氧气。它们从阳光中获取进行这一复杂过程所需的能量。

如果人类能够模仿光合作用，那将带来许多好处。太阳能可以被用来从大气中去除二氧化碳，并用它来构建碳水化合物和其他有用的物质。此外，还可以生产氢气，因为光合作用会将水分解为其组成成分——氧气和氢气。

光合作用是一个复杂的过程，涉及许多参与者，这也就不足为奇了，许多研究人员正在从事人工光合作用的研究。这并非易事，因为光合作用是一个极其复杂的过程：它在植物细胞中通过许多单独的步骤进行，并涉及众多染料、蛋白质和其他分子。然而，科学界不断取得新的进展。

在人工光合作用领域，领先的专家之一是来自德国巴伐利亚州维尔茨堡的朱利叶斯-马克西米利安大学（JMU）的化学家弗兰克·维尔特纳教授。他的团队最近成功模仿了自然光合作用的最初步骤之一，并用一种复杂的人工染料排列进行了更精确的分析。

该成果是与韩国首尔延世大学的东浩·金教授团队合作取得的，并已发表在《自然·化学》杂志上。

研究人员成功合成了一种与植物细胞中的光合装置非常相似的染料堆叠结构——它在一端吸收光能，利用它分离电荷载体，并通过电子传输将它们逐步传递到另一端。该结构由四个堆叠的来自苝双酰亚胺类的染料分子组成。

“我们可以通过光在这个结构中特异性地触发电荷传输，并对其进行了详细分析。它高效且快速。这是朝着人工光合作用发展迈出的重要一步。”JMU博士生莱安德·恩斯特说，他合成了这种堆叠结构。

接下来，JMU研究团队希望将这种由四个染料分子组成的纳米系统扩展到更多组件——最终目标是制造一种能够吸收光能并将其快速高效地传输到更远距离的超分子导线。这将是朝着可用于人工光合作用的新型光功能材料迈出的又一步。