光合蛋白可以將光能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。例如，研究人員希望使該技術(shù)可用于燃料的工業(yè)生產(chǎn)。

魯爾大學(xué)波鴻分校（RUB）的研究團隊與里斯本的同事一起生產(chǎn)了一種半人造電極，該電極可以將光能轉(zhuǎn)換成生物太陽能電池中的其他形式的能量。該技術(shù)基于藍細菌的光合作用蛋白PhotosystemI。該小組表明，他們可以將其系統(tǒng)與一種酶耦合，該酶利用轉(zhuǎn)換后的光能產(chǎn)生氫。

結(jié)果發(fā)表在《AngewandteChemie》雜志上（“縮小電子短路的間隙：光系統(tǒng)I混合單層可以改善生物光伏設(shè)備中的各向異性電子流”）。

具有蛋白質(zhì)復(fù)合物光系統(tǒng)I的生物電極在紅光照射下用于測量光電流響應(yīng)。圖片：FelipeConzuelo）

對于這項工作，由電化學(xué)中心的王盼盼博士，趙方遠博士，朱利安·斯切斯尼博士，朱利安·拉夫博士，費利佩·孔祖埃洛博士和沃爾夫?qū)な媛淌诮M成的RUB小組與由安娜·弗蘭克教授組成的小組合作植物生物化學(xué)系主任MarcNowaczyk和MatthiasR?gner教授以及里斯本新星大學(xué)的同事。

短路危險

光系統(tǒng)I是藍細菌和植物中光合作用機制的一部分。借助光能，它可以分離電荷，從而生成高能電子，該電子可以轉(zhuǎn)移到其他分子，例如轉(zhuǎn)移到質(zhì)子上以產(chǎn)生氫。

在早期的工作中，波鴻的科學(xué)家已經(jīng)使用了集光蛋白復(fù)合物光系統(tǒng)I來設(shè)計用于生物太陽能電池的電極。為此，他們用單層光系統(tǒng)I覆蓋了電極。在這樣的單層中，光系統(tǒng)不是彼此堆疊在一起，而是在同一平面上并排放置。

但是，光系統(tǒng)I通常以三聚體的形式出現(xiàn)，即三個光系統(tǒng)始終鏈接在一起。由于三聚體不能緊密堆積在一起，因此在單層中會出現(xiàn)孔，這可能導(dǎo)致短路。這會損害系統(tǒng)的性能?？茖W(xué)家在當(dāng)前工作中正是解決了這個問題。

光系統(tǒng)層中的孔被堵塞

在藍藻細長嗜，光系統(tǒng)I存在主要表現(xiàn)為三聚體。使用一種新的提取技術(shù)，研究人員能夠從生物體中另外分離出單體，從而在電極上形成一個光系統(tǒng)I單層，其中單體填充了三聚體之間的孔。這樣，它們減少了短路效應(yīng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)的電流密度是僅包含三聚物的系統(tǒng)的兩倍。

為了說明該技術(shù)的原理，科學(xué)家將其與一種氫酶結(jié)合，該酶利用光系統(tǒng)提供的電子產(chǎn)生氫。作者在其出版物中預(yù)言：“未來的工作將致力于使光系統(tǒng)單層與集成的生物催化劑之間實現(xiàn)更高效的耦合，以實現(xiàn)用于太陽能轉(zhuǎn)化的實用生物系統(tǒng)?！?/p>