【正文】 料 ” Ultimately this hydrogen powers all life on Earth. The main waste product of photosynthesis is oxygen. Together with fuels, this waste product is used to drive cyclic processes that sustain life on Earth in a renewable manner. In recent years structural biology has provided profound insight into the structure and operational mechanisms of the molecular machinery of the photosynthetic apparatus. This sets the stage for a technology push in the ing years. 近些年來(lái) 結(jié)構(gòu)生物學(xué) 提供了對(duì)光合作用器件的分子機(jī)器的結(jié)構(gòu)和運(yùn)作的機(jī)制的深刻了解 ,現(xiàn)在應(yīng)進(jìn)入由技術(shù)推動(dòng)的階段 。 提出了從基礎(chǔ)研究到商業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用的 研究計(jì)劃和預(yù)計(jì)時(shí)間表： 5年內(nèi) 構(gòu)建出有寬泛的吸收波長(zhǎng)范圍的 天線(xiàn) 10年內(nèi)能夠修復(fù)光損傷的天線(xiàn) ,能夠組裝天線(xiàn)到合適的尺寸 , 并與電荷分離單元共組裝 10年內(nèi) 闡明清楚 PSII裂解水的催化機(jī)制 , 闡明蛋白骨架在質(zhì)子傳遞 的定向 …… 10年內(nèi)在宿主基質(zhì)中獲得人工燃料生產(chǎn)器官 20年內(nèi)完成有催化活性的單元大規(guī)模自組裝成為納米器件 15到 20年內(nèi)連接催化單元，并整合到太陽(yáng)能－燃料的轉(zhuǎn)化器件上 10年內(nèi)可展示在千瓦量級(jí)（ kW）的可運(yùn)行的原型，大規(guī)模的示 范系統(tǒng) ( 100MW） 可能在 20年內(nèi)完成 第一個(gè)商業(yè)化的系統(tǒng) （ ~2GW）可能在 30年內(nèi) 實(shí)現(xiàn)。 …….. 歐洲 “ 人工葉片”計(jì)劃 ? 目標(biāo)：模擬光合作用 ，生產(chǎn)新型能源 ， 確定了 15個(gè)先導(dǎo)研究方向 ? 參加單位：德國(guó)等多個(gè)歐盟國(guó)家 ? 周期： 30～ 40年后獲得可以大規(guī)模并商業(yè)化的將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為燃料的解決方案（ 起始 ） 歐盟（瑞典）“人工光合作用聯(lián)盟” ? 目標(biāo)：研究模擬光合作用的體系 ， 包括化學(xué) ， 物理和生物過(guò)程 。 ? 經(jīng)費(fèi)：從 1994年至今持續(xù)不斷 。 ? 參 加 單 位 ： 由 瑞 典Lund, Stockholm 和Uppsala三個(gè)大學(xué)牽頭 ，涉及眾多歐洲地區(qū)相關(guān)的科學(xué)家 。 美國(guó) “ 人工光合作用聯(lián)合中心 ” (JCAP) ? 目標(biāo)： 研發(fā)能將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)燃料的人工系統(tǒng) ， 并推廣其商業(yè)應(yīng)用 ? 經(jīng)費(fèi)： 億美元 ? 參加單位： 7個(gè) ， 由加州理工學(xué)院和美國(guó)能源部伯克利實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合牽頭 ? 周期： 5年 ， 發(fā)布 引自： 澳大利亞“人工光合作用網(wǎng)絡(luò)” （ Australian Artificial Photosynthesis Network） ?目標(biāo)：發(fā)展有效的太陽(yáng)能生物利用技術(shù) 。 2021年 , 模似植物中的葉綠素 ,制造人工合成的捕光分子 。 2021年 ， 模擬錳簇直接利用太陽(yáng)光來(lái)分解水 。 ?主要參加人員： 莫納什大學(xué)的利昂 斯皮西亞教授 、 羅賓 布里姆布來(lái)可比先生和安妮特 可羅和澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織 （ CSIRO） 的格哈德 斯偉格斯以及美國(guó)普林斯頓大學(xué)的查爾斯 迪斯莫克斯 ?研究進(jìn)展： 開(kāi)發(fā)了一個(gè)模擬放氧中心的人工體系 ， 此系統(tǒng)由一層涂層組成 ， 里面可以注入錳 。 錳簇是植物利用水 、 二氧化碳和陽(yáng)光制造碳水化合物和氧氣的中心樞紐 。 將一層質(zhì)子導(dǎo)體―― Nafion薄膜覆蓋在一個(gè)電極上形成一層僅幾微米厚的聚合體膜 ， 這層聚合體膜充當(dāng)錳簇的載體 。 錳在正常情況下不溶解于水 ，但可以和 Nafion薄膜小孔中的催化劑結(jié)合 ， 形成不易分解的穩(wěn)定結(jié)構(gòu) ， 當(dāng)水到達(dá)此催化劑時(shí) ， 在陽(yáng)光的照射下就會(huì)發(fā)生氧化反應(yīng) 。該成果還需要進(jìn)一步改進(jìn) ， 如改進(jìn)錳催化劑的穩(wěn)定性和使用壽命 ，提 高 催 化 效 率 ， 進(jìn) 行 一 些 工 業(yè) 設(shè) 計(jì) 以 便 大 規(guī) 模 利 用 等 。 /1318 圖引自 一 . 利用光合作用的基本原理 ， 開(kāi)發(fā)新的清潔能源 (如裂解水制氫 、 微生物制氫和生物光伏電池等 ) 已被提到日程 。 二 . 利用光合作用獲得可商業(yè)化應(yīng)用的清潔能源是一項(xiàng) 剛剛起步的復(fù)雜而巨大的系統(tǒng)工程 (涉及生物學(xué) 、 生物化學(xué) 、 結(jié)構(gòu)生物學(xué) 、 光譜學(xué) 、 材料科學(xué)及一系列相關(guān)理論 、 方法和技術(shù)的支撐 )， 可能要再經(jīng)幾十年才能實(shí)現(xiàn) 。 但是 ， 為了在未來(lái)能源 競(jìng)爭(zhēng)中的國(guó)家和民族利益 ， 在新能源的戰(zhàn)略規(guī)劃中 應(yīng)該有它的重要位置 。 光合作用 在未來(lái)能源產(chǎn)業(yè)中的地位 : “在歐洲和某些地區(qū) , 人們?cè)絹?lái)越相信 : 2050年我們的大部分燃料將會(huì)從 “ 人工葉片 ” 中獲得 …” 歐洲“利用太陽(yáng)能生產(chǎn)清潔燃料”的白皮書(shū) 謝謝 ! PSII結(jié)構(gòu)示意圖 反應(yīng)中心（ RC） 內(nèi)周天線(xiàn)蛋白 外周天線(xiàn)蛋白 放氧復(fù)合物