據媒體New Atlas報導，「重現」光合作用的過程，即植物自然地將陽光、水和二氧化碳轉化為化學能，為其生存提供動力，是可再生能源研究的一個關鍵目標，而新加坡南洋理工大學的一項新研究可以幫助這些努力。該校的科學家已經證明了將藻類蛋白質包裹在小水滴中可以將其自然能量採集能力提高三倍，標志著該技術向商業可行性又邁進了一步。
從事人工光合作用的科學家所面臨的挑戰之一是迄今為止所開發的解決方案的效率相對較低。據新加坡南洋理工大學的團隊說，太陽能電池板通常以20%左右的效率將太陽光轉化為能量，而目前的人工光合作用技術的效率大約為4%或5%。
這項研究的負責人陳宇成副教授說：「人工光合作用的效率不如太陽能電池。然而，它是更可再生和可持續的。由於人們對環境友好和可再生技術的興趣越來越大，從海藻中的光收集蛋白中提取能量已經引起了生物能源領域的極大興趣。」
陳宇成在研究中所使用的蛋白質被稱為藻膽蛋白，它們負責吸收藻類細胞內的光，並在整個光譜范圍內進行吸收。科學家們著手提高其將捕獲的光轉化為能量的能力，他們的突破性方法涉及將紅藻封裝在僅20至40微米大小的微小液晶液滴中。
當光線照射到液滴上時，其彎曲的邊緣會誘發研究人員所謂的「回音壁模式」，在這種模式下，光線會繞過周邊，並有效地在液滴內滯留更長時間。更多的光被困在里面的時間意味著有更多的機會發生光合作用。然後，產生的電子可以在電極的幫助下被捕獲。
陳宇成說：「液滴的行為就像一個共振器，限制了大量的光。這給了藻類更多的光照，增加了光合作用的速度。通過在液滴外部塗抹藻類蛋白也可以獲得類似的結果。通過利用微液滴作為光收集生物材料的載體，強大的局部電場增強和液滴內的光子封閉導致發電量大大增加。」
據陳宇成說，與未經處理的藻類蛋白相比，該團隊的液滴處理使發電量增加了兩到三倍。在該團隊尋求擴大技術規模的過程中，對他們有利的是，液滴可以大量生產，而且成本低。這些液滴甚至可以以更大的形式生產，以包裹生長在水體中的藻類，而這些藻類又可以作為漂浮的發電裝置。
陳宇成說：「我們實驗中使用的微型液滴有可能擴大到更大的液滴，然後可以在實驗室環境之外應用於水藻以創造能源。雖然有些人可能認為藻類的生長是不受歡迎的，但它們在環境中發揮著非常重要的作用。我們的發現表明，有一種方法可以將一些可能被視為『生物垃圾』的東西轉化為生物能源。」
另一種可能性在於利用這種技術來提高有機太陽能電池的性能。早在2017年，科學家們就曾展示了納入一種叫做矽藻的藻類如何提高太陽能電池的效率，通過捕獲和散射光線來更有效地收集。
通過這種方式，這項新研究不僅發現了一種可以改善人工光合作用的新機制，而且進一步增加了對生物材料如何與光互動的理解，以及如何利用這種知識來追求清潔能源。
該研究發表在《ACS應用材料與界面》雜誌上。
來源：cnBeta
