編輯這段《人工光合作用——最新進展》
據美國《每日科學》網站2009年3月12日報道，美國加州大學伯克利分校的科學家在這壹領域取得重大突破，發現了壹種可以使光合反應順利進行的特殊催化劑。在此基礎上，科學家希望徹底了解光合作用的奧秘，使人工光合作用大規模應用於生產和生活。據國外媒體報道，美國麻省理工學院(MIT)的科學家近日在實驗室重現了光合作用的過程。在整個過程中，光合作用將水分解成氫氣和氧氣，並產生可以燃燒的氫氣和氧氣。這個實驗的意義在於光合作用產生的能量可以被人類利用。這項技術將引發太陽能使用的革命，並補償煤和石油等不可再生資源的損失。這兩位科學家名叫諾塞拉和馬修·卡南，他們發現了壹種簡單而經濟的方法將水分解成氫氣和氧氣。這種方法的原理與光合作用類似，只不過是將太陽能轉化為可燃的氫氣和氧氣。
編輯這段人工光合作用——催化劑
研究人員發現，特殊蛋白質“光系統ⅱ”是壹種含有錳作為催化劑載體的生化酶。在沒有綠色植物作為光合作用載體的情況下，人們期望找到壹種人工催化劑來替代“光合系統ⅱ”。加州大學勞倫斯伯克利國家實驗室的研究人員發現了壹種高效催化劑——氧化鈷納米粒子，並實現了光解反應的高轉化率。相關論文已發表在德國《應用化學雜誌》上。這壹系列實驗是在美國加州大學勞倫斯伯克利國家實驗室太陽能研究中心完成的，該實驗室由華裔科學家、諾貝爾獎獲得者朱棣文創建。他也是勞倫斯伯克利實驗室的主任。主要參與者是研究中心主任海因茨·弗雷和他的博士後、在美國的中國學者鳳嬌。弗雷說，光解反應對催化劑的要求極高。經過無數次實驗，他們發現氧化鈷納米晶高效、快速、耐用、易得，正好符合要求。起初，他們用毫米級的氧化鈷顆粒做實驗，效果並不理想。後來改用納米氧化鈷顆粒，我們欣喜地發現反應速度大大提高了。弗雷說，使用氧化鈷納米“團簇”(由多個納米束組成的團簇結構)作為催化劑的反應速度是毫米團簇的1600倍，每個團簇每秒可以裂解約1140個水分子，反應功率(指每秒吸收的能量)相當於近地面的太陽輻射能量，約為每平方米100個。
編輯這段《人工光合作用——展望》
雖然已經找到了理想的催化劑，但研究人員表示，這可能是壹個偶然的收獲，還有很多問題需要解決。解決這些問題將有助於進壹步提高催化效率。研究人員使用介孔矽(中間有孔的二氧化矽晶體)作為氧化鈷的載體，通過“濕法註入”技術將納米束註入其中。最理想的情況是直徑約為8納米、長度為50納米的團簇。簇中的納米管相互連接，彎曲成直徑約35 nm的球體。然而，當使用其他形狀的納米團簇時，催化效率大大降低。弗雷推測，納米團簇的形狀可能在催化反應中起決定性作用。目前，弗雷和鳳嬌正在進行進壹步的實驗，試圖找出其中的機制。弗雷和鳳嬌的研究成果無疑給人工光合作用打了壹針強心劑。因為在此之前，主要的研究重點是在催化反應過程，高效的催化劑還沒有找到。弗雷說，從催化劑的可用性、納米團簇的穩定性、反應中施加的電壓、pH和溫度來看，氧化鈷的催化效率與“光合系統ⅱ”相當。研究人員的下壹個任務是建立壹個可行的太陽能轉換系統，以無汙染的方式將反應產生的氫氣轉化為能量。雖然已經取得了很大的進展，但研究人員並不認為綠色能源指日可待。《每日科學》文章分析，目前，人工光合作用面臨三大難題:如何捕捉太陽能；如何將太陽能以電子的形式輸送到反應中心；如何在光合作用的循環中補充電子？前兩個問題已經基本解決了，但是到目前為止我們還不知道如何解決第三個問題。解決這個問題的最好方法是徹底了解光合作用的反應機理。光合作用的基本過程是在葉綠體中進行的。葉綠體吸收光子並將其傳遞給葉綠素，葉綠素釋放高能電子將二氧化碳還原成糖。葉綠素分子每損失1個電子，催化核就會從水分子中提取1個電子來補充。這樣經過四輪電子轉移，兩個水分子轉化為1個氧分子，四個電子，四個氫離子，然後又開始新的循環。然而，在人工過程中很難實現電子補給。研究人員希望在回收過程中盡快解決這個問題，然後人類可以像植物壹樣將陽光轉化為可用的能量。