鉴于化石燃料储量的有限性以及依赖化石燃料对环境造成的破坏性影响，清洁能源的发展是现代工业文明面临的最紧迫的挑战之一。太阳能是一种有吸引力的清洁能源选择，但太阳能技术的广泛实施将取决于开发将光能转化为化学能的有效方法。

与许多其他研究小组一样，日本V体育出羽竹久教授的研究小组成员已经转向生物光合装置，用出羽教授的话说，这两者都是“灵感的源泉和测试提高人工系统效率的方法的目标。”具体来说，他们选择关注紫色光合细菌沼泽红假单胞菌，它使用生物混合光捕获 1 反应中心核心复合物 (LH1-RC) 捕获光能并将其转化为化学能。

在他们的初步研究中R。沼泽藻，Dewa教授的团队很快注意到LH1-RC系统具有一定的局限性，例如由于其依赖于（细菌）叶绿素（细菌）叶绿素，因此只能在相对较窄的波长带内有效地收集光能（B875，以其最大值命名）。为了克服这一限制，研究人员与大阪大学和立命馆大学的吸收合作，尝试将 LH1-RC 系统与一组荧光团（Alexa647、Alexa680、Alexa750 和 ATTO647N）共价连接。他们的实验结果出现在a

在合成了改进的 LH1-RC 系统后，Dewa 教授的团队使用一种称为“飞秒光谱”的方法来确认 B875 组件中是否存在从荧光团到细菌叶绿素 a 色素的超快“激发能”转移。他们还证实了随后吸收瞬态发生的“电荷分离”反应，这是能量收集的关键步骤。不出所料，激发能量转移速率随着荧光团发射带和 B875 吸收带之间光谱重叠的增加而增加。连接外部光捕获荧光团可提高酶在人工脂质双层系统内电极上的最大电荷分离产量和光电流产生活性。

通过将共价连接的荧光团引入细菌光合酶（如图 1 所示），Dewa 教授的团队成功地拓宽了该酶的可收获光波长带。鉴于太阳光的能量密度极低，这是一项重要的改进。 ”这一发现可能为开发用于太阳能转换的高效人工光合作用系统铺平道路，”Dewa 教授指出。“生物混合体的研究应该为可实施的能源转换系统的开发提供见解，从而为先进的现代文明提供获取取之不尽的清洁太阳能的实用选择，”他补充道。

所讨论的能量转换系统可能有多种形式，包括各种纳米材料，例如量子点和纳米碳材料，但一个统一的特征是需要某种方式将广谱光捕获装置用于光电流生成装置，而 Dewa 教授团队开发的生物混合型系统提供了解决这一需求的可行方法。

图 1 生物杂交 LH1-RC

生物混合 LH1-RC 系统具有光捕获装置 (B875)，可将能量转移到光电流产生组件。通过将外部发色团与 LH1-RC 系统共价连接，名古屋工业学院的一组研究人员成功扩展了蛋白质复合物光捕获装置的吸收光谱，从而使其能够将更广泛的光波长转换为化学能。
图片来源：V体育的 Takehisa Dewa

参考

原始论文标题	来自沼泽红假单胞菌
期刊	光化学与光生物学杂志 A：化学
DOI

关于教授出羽武久

Takehisa Dewa，工程学博士，日本V体育 (NITech) 生命科学与应用化学系教授。他在大阪府立大学和东京工业大学完成了研究生教育，并在理海大学和九州大学完成了博士后研究。他于 2001 年成为 NITech 的助理教授，并于 2016 年成为正教授。他的研究兴趣包括生物分子组装、光合天线系统和合成药物输送系统。他在著名期刊上发表了约 100 篇研究论文。

资金信息

这项研究由日本学术振兴会和小笠原科学与工程振兴财团资助。

联系方式

出羽武久教授
电子邮件：dewatakehisa[at]nitechacjp
+81-52-735-5144
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