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破解藍綠藻光合作用之謎，用以提升太陽能電池效率

時間:2018-05-27 17:43來源:科技新報作者:綜合報道

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　　與植物光合作用效率相比，人造太陽能設備僅能轉(zhuǎn)換少少的太陽光，且轉(zhuǎn)換效率慢、機器又笨重，因此科學家想要找出植物光合作用高效之謎，或許可進一步提升太陽能電池性能。

　　葉綠素等色素（pigments）是植物光合作用效率高的功臣，當光照射到葉綠體時，其中電子會被一系列色素單向傳遞與激發(fā)，最后將二氧化碳、水或是硫化氫轉(zhuǎn)化成碳水化合物。而有別于植物的單向路徑，人工太陽能電池由于很容易將電子反彈，進而失去能量并降低效率。

　　該研究 2017 年發(fā)布于《美國國家科學院院刊（Proceedings of the National Academy of Sciences）》，認為色素的單向路徑是植物光合作用高效祕方。雖然類似研究已在 1992 年提出，但在此之前都沒有被證實。

　　為了更了解光合作用過程與其復雜反應，美國喬治亞州立大學物理與天文系生質(zhì)學家 Gary Hastings 團隊利用紅外光譜分析紅外光與物質(zhì)如何相互作用，并獲得美國能源局基礎能源部門 40 萬美元資助，希望可以提升人工太陽能電池效率與打造更簡單的太陽光捕獲系統(tǒng)。

　　團隊研究對象并非一般綠葉植物，而是藍綠藻的分支集胞藻（Synechocystis），研究發(fā)現(xiàn)只要將集胞藻中的葉綠醌色素嵌入蛋白質(zhì)中，其相互作用便會產(chǎn)生特殊性質(zhì)，而研究希望能用其他色素代替葉綠醌，借由不同結(jié)構色素改變光合作用系統(tǒng)。

　　團隊透過激光讓集胞藻行光合作用，并用紅外光追蹤電子轉(zhuǎn)移引起的色素分子鍵和周圍蛋白質(zhì)變化，這些資料讓團隊得以改良色素─蛋白質(zhì)系統(tǒng)，并控制電子的移動速度。Hastings 表示，純化植物材料過程相當復雜，比起植物細胞，對藍綠藻進行基因修飾（genetically engineer）更為簡單。

　　Hastings 指出，團隊的研究可指引太陽能電池新方向，像是全新的太陽能制氫方式；且電子轉(zhuǎn)移、色素和蛋白質(zhì)關系等知識也可以應用到其他領域，因為這些都是生物化學的核心。

　　而除了用于提升太陽能設備效率，團隊也致力于研究如何將該藻類用于其他用途，例如制成生物燃料，藻類細胞生長時會產(chǎn)生脂類（lipids），可從細胞中萃取脂類并轉(zhuǎn)化為柴油燃料。

　　Hastings 表示，未來該研究也或許能用于檢測藻華，避免越來越多水池優(yōu)養(yǎng)化與污染。藻類大量堆積可能會導致飲用水污染、藻類毒素透過食物鏈影響人體健康，而團隊目標是使用光譜檢測藻華并預測其是否會再次大量生長。

(責任編輯：admin)

文章標簽：太陽能電池光合作用葉綠素

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