划时代!杨培东突破人工光合作用

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4月17日,中国科大校友杨培东(8812)团队在人工光合作用取得划时代(Game-Changing)的科研成果,有望解决由二氧化碳引起的全球气候变暖的这一科学难题。该项研究成果在线发表在2015年4月7日的《纳米快报》(Nano Letters.)上,论文题为《Nanowire–Bacteria Hybrids for Unassisted Solar Carbon Dioxide Fixation to Value-Added Chemicals》

图中左一为杨培东

温室效应气体二氧化碳的含量至少已经达到了过去300万年里的最高值。2013年,温室气体的排放达到了历史新高。二氧化碳排放量越多,地球越热。但该难题可能最终被攻克——美国能源部的劳伦斯伯克利实验室和加州大学伯克利分校的科学家找到了解决方案。

杨培东团队构建了一套由纳米线和细菌组成的独特系统。该系统可捕捉到到尚未进入空气中的二氧化碳。这一过程模仿自然界的光合作用。在自然界中,植物利用太阳能将二氧化碳和水转化成碳水化合物。不过,人工光合作用作用的想法则将二氧化碳和水转换为醋酸酯(acetate),后者是今天很多生物合成反应的基础。

更令人惊奇的是,科学家们正使用太阳能将二氧化碳转换为值钱的化工产品,例如生物可降解塑料、药品甚至是液体燃料

该技术的关键之一S. ovate细菌,这是一种很好的二氧化碳催化剂,能生成醋酸。而醋酸能用于生产各种化工品,包括可与汽油相媲美的燃料——丁醇。

在近似自然阳光照射200小时的环境下,杨培东团队实现的太阳能转化率为0.38%,这与自然界(光合作用)叶子的转化率相同。

“我们相信,这是人工光合作用的革命性飞跃!”该研究的主要作者杨培东说。“我们的系统有潜力从根本上改变石油和化学工业,因为我们的体系中,将以完全可再生的方式生产化学品和能源,而非以前那样去地底下开采。”

美国等很多国家都试图捕集利用煤电厂排放的二氧化碳。在可预见的常来,化石能源仍将会是人类所广泛使用的能源之一。因此找到减少二氧化碳排放、降低温室效应影响至关重要。科学家们已提出各种办法捕集二氧化碳。例如:将二氧化碳转化成无害的有机化合物,甚至是利用小苏打来吸收二氧化碳,以防排放到大气中。人工光合作用的精妙之处在于另辟蹊径:如何捕捉、储存二氧化碳的难题,被消解为直接将二氧化碳(变废为宝)派上好用场。

杨培东介绍:他们正研发第二代系统,太阳能-化学能转化率为3%。如果有一天用划算的成本,将转化率提升到10%,这项技术就能商业化了。

杨培东,1971年8月出生在苏州市吴县蠡口乡,1988年从苏州木渎中学进入中国科学技术大学应用化学系,曾荣获本科生最高荣誉奖——郭沫若奖学金。1993年赴美国哈佛大学求学,1997年获化学博士学位。1999年至今任美国加州大学伯克利分校化学系助理教授、副教授、教授。2011年杨培东入选汤森路透社“全球顶尖100名化学家”榜单,居第10名。同时入选“顶尖100名材料科学家”榜单第一名。2012年4月18日,当选美国人文与科学院院士。2014年4月28日,兼任上海科技大学物质科学与技术学院院长。

中国科大新创校友基金会联系数位纳米领域的杰出校友学者,了解他们如何评价该成果科学意义。 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员陈立桅(8800,哈佛博士)称赞“是非常出色的突破!在本已停滞不前的难题面前,通过学科交叉,借用微生物的力量获得突破,实际上不仅体现了培东个人的科研能力,还体现了他的leadership!” 斯坦福大学材料学副教授崔屹(9312,哈佛博士)认为“这是一项先锋性的工作,开辟了新的研究方向,抓住了人类面对的最至关重要的难题之一”(This pioneering work opens up an important new research direction, addressing one of the most critical problems human beings face". )

新闻来源与相关链接:转载必须说明出处,部分内容根据以下英文报道编译Artificial Photosynthesis May Solve Carbon Emission Problem。其他英文报道请见Artificial Photosynthesis Advance Hailed As Major Breakthrough。劳伦斯伯克利实验室关于此项科研成果的报道 《Major Advance in Artificial Photosynthesis Poses Win/Win for the Environment》。译者为实习生李筱玉(中国科学院大学)、刘志峰(9500),照片来自互联网(包括以上英文网站)。译文并未与杨培东教授校对,如有不准确处由编辑负责。

2015-04-23 上一篇: 中国科大咨询业校友调查 下一篇: 新创基金会再次规范化名称