Discovery采用天然膜来制造水中的氢燃料

植物生物学的核心化学反应途径已经过调整，形成了利用太阳能将水转化为氢燃料的新工艺的支柱。在美国能源部(DOE)阿贡国家实验室最近的一项研究中，科学家将两种膜结合蛋白复合物结合起来，将水分子完全转化为氢和氧。

这项工作建立在早期研究的基础之上，该研究检测了这些蛋白质复合物中的一种，称为光系统I，一种膜蛋白，可以利用光能将电子提供给制造氢的无机催化剂。然而，这部分反应仅代表氢气生成所需的整个过程的一半。

通过使用第二种蛋白质复合物，利用光能分解水并从中吸收电子，称为光系统II，Argonne化学家LisaUtschig及其同事能够从水中取出电子并将它们送入光系统I.

“这种设计的美妙之处在于其简单性-您可以使用天然膜自行组装催化剂，以实现您想要的化学反应，”Argonne化学家LisaUtschig说。

在早期的实验中，研究人员为光系统I提供了来自牺牲电子供体的电子。“技巧是如何快速连续地将两个电子送到催化剂中，”Utschig说。

这两种蛋白质复合物嵌入类囊体膜中，就像在高等植物中产生氧气的叶绿体内部发现的那样。“我们直接从大自然中获取的膜对于配对两个光系统至关重要，”Utschig说。“它在结构上同时支持它们，并提供蛋白质间电子转移的直接途径，但不会妨碍催化剂与光系统I的结合。”

根据Utschig的说法，Z-方案-这是在类囊体膜中发生的自然光合作用的光触发电子传输链的技术名称-和合成催化剂非常优雅地结合在一起。“这种设计的美妙之处在于它的简单性-你可以用天然膜自组装催化剂来完成你想要的化学反应，”她说。

另一项改进涉及用钴或含镍催化剂代替早期研究中使用的昂贵的铂催化剂。新的钴或镍催化剂可以大大降低潜在成本。

根据Utschig的说法，研究的下一步是将膜结合的Z-方案纳入生命系统。“一旦我们拥有一个体内系统-一个在生物体内发生这一过程的系统-我们真的能够看到橡胶在氢气生产方面的发展，”她说。