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發(fā)布產(chǎn)品
17世紀(jì)初期，比利時(shí)化學(xué)家范黑爾蒙特對植物生長最先做了科學(xué)研究。他把稱過重量的土壤裝在一只桶里，在里面栽下了一棵小樹苗。小樹逐漸長大了，可是發(fā)現(xiàn)土壤還是同以前一樣重。大家都對此感到非常驚奇，因?yàn)槿藗円恢毕氘?dāng)然地認(rèn)為植物是從土壤中得到它們長高所需要的物質(zhì)的，不然它們是靠什么長高的呢?范黑爾蒙特?cái)喽ǎ参镆欢ㄊ怯盟圃炝舜龠M(jìn)它們生長的物質(zhì)，因?yàn)樗?jīng)常給小樹澆水。結(jié)果后來的發(fā)現(xiàn)證明他的推斷只有一部分是正確的，原來更多的能量來自陽光和二氧化碳。
地球上的生命依靠太陽的能量生存，而光合作用是唯一能捕捉此能量的重要生物途徑。
1818年，法國化學(xué)家佩爾捷(p．J．Pelletier 1788-1842)與卡芳杜(J．B．Caventou)合作，首次掀開了光合作用的神秘面紗，他們發(fā)現(xiàn)了葉中的一種綠色物質(zhì)并將其命名為葉綠素，到了1864年，人們已經(jīng)知道葉綠素由兩個(gè)黃色及兩個(gè)綠色色素所組成。
在光合作用中光能被用來氧化水，釋放出氧氣，并還原二氧化碳合成有機(jī)化合物，最主要的有機(jī)物是糖。這一系列復(fù)雜的過程主要包括了光反應(yīng)與暗反應(yīng)兩部分，地球上的綠色植物每年要化合1500億噸的碳(來自二氧化碳)和250億噸的氫(來自水)，并釋放出4000億噸的氧。它們用簡單的二氧化碳和水的分子合成碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)。這種合成需要輸入能量，而這些能量就是從無窮無盡的陽光那里獲得的。綠色植物把陽光的能量轉(zhuǎn)變成復(fù)雜化合物的化學(xué)能，而這些化學(xué)能可以養(yǎng)活所有的生命，構(gòu)成了地球上生命繁榮的基礎(chǔ)。
人類在得到物質(zhì)享受的同時(shí)，也面臨越來越嚴(yán)重的能源危機(jī)，與植物相比人類遠(yuǎn)不具備這種神奇功能。就在各國專家為新能源的研究開發(fā)絞盡腦汁而又一籌莫展的時(shí)候，德國科學(xué)院首先傳出佳音，年初，生物物理所和植物研究所的聯(lián)合科研組合作完成了“菠菜主要捕光復(fù)合物(LHC—Ⅱ)晶體結(jié)構(gòu)”這一研究成果，德國科學(xué)家領(lǐng)世界之先測定出綠葉中捕捉光能的這種復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)，復(fù)合物高效進(jìn)行光能吸收和傳遞的秘密因此得以破解。
光合作用由捕光系統(tǒng)和光反應(yīng)中心兩個(gè)“接力手”宋共同完成，捕光系統(tǒng)負(fù)責(zé)把“接力棒”傳給光反應(yīng)中心。捕光蛋白復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)是植物高效利用光能的物質(zhì)基礎(chǔ)，而LHC一Ⅱ這種膜蛋白在綠色植物中的含量最豐富?？蒲薪M發(fā)現(xiàn)這種復(fù)合物是一個(gè)具有典型正20面體對稱特征的空心球體。同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)還首次揭示了色素分子在復(fù)合物中的排布規(guī)律，解釋了LHC一Ⅱ能夠光能吸收和傳遞的原因，對于理解植物光合作用中發(fā)光的捕光和能量，傳遞過程提供了重要線索。
美國的科研成果則更進(jìn)一步，他們提取到了菠菜葉綠素中的這種蛋白質(zhì)，利用它們轉(zhuǎn)化光能的特性，制成了葉綠素太陽能電池?？茖W(xué)家表示，經(jīng)過進(jìn)一步的改進(jìn)，這種清潔型電池有望于不久將來實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，為掌上電腦供應(yīng)能量。美國科學(xué)家把菠菜中分離出的蛋白質(zhì)被放在一個(gè)薄薄的金片上，附上一層導(dǎo)電的金屬，頂層是導(dǎo)電的有機(jī)材料。當(dāng)光線照射在這個(gè)‘三明治”結(jié)構(gòu)上時(shí)，蛋白質(zhì)就會釋放電子，傳到下面的金屬層形成電流。這些蛋白質(zhì)來自菠菜葉子中幫助植物轉(zhuǎn)化光能的葉綠體，但是提取這些蛋白質(zhì)可不是件容易的事，這些蛋白質(zhì)分子非常脆弱，從自然環(huán)境中移走之后，常常無法繼續(xù)工作。所以科學(xué)家把它們混合在一種很像肥皂的分子中。作為保護(hù)分子，它們在這些產(chǎn)生能量的蛋白質(zhì)周圍形成一層護(hù)膜，讓蛋白質(zhì)覺得仍置身于植物體內(nèi)，以正常發(fā)揮其職能。當(dāng)然，作為電池使用之前還需要改進(jìn)?，F(xiàn)在，它們能夠持續(xù)21天產(chǎn)生電流，然后就報(bào)廢了，所以必須設(shè)法延長它們產(chǎn)生電流的時(shí)間?，F(xiàn)在它們轉(zhuǎn)化吸收到的光能的效率只有12％?？茖W(xué)家希望這一比例能夠上升至20％，屆時(shí)，光電轉(zhuǎn)換效率就超過市場現(xiàn)有的硅太陽能電池了。
馬薩諸塞州一家公司也開發(fā)出一種模仿光合作用的工藝方式，把二氧化鈦及一種吸光染料涂覆在塑料薄膜表面，染料分子吸收的光線激發(fā)二氧化鈦的電子從而完成發(fā)電過程；通用電氣公司則利用一種有機(jī)發(fā)光二極管作為吸光材料來制造塑料太陽能電池。實(shí)際上是很好地利用塑料，就能讓很多材料具有發(fā)電能力，例如，塑料太陽能電池可以嵌入筆記本電腦的殼體，在光照條件下隨時(shí)為電腦充電，裝在電動汽車車身上為發(fā)動機(jī)供電，住宅屋頂更可以改用塑料太陽能電池板覆蓋，以供應(yīng)日常生活用電。
光合作用每年為我們的地球提供2200億噸的生物能量，是全人類所需能量的10倍。雖然這些研究成果離實(shí)際的應(yīng)用還有一段距離，但為農(nóng)作物的進(jìn)一步開發(fā)和利用提供了理論依據(jù)，同時(shí)也是研究新一代生物芯片和電子元件的基礎(chǔ)和有效途徑。如果真的能夠大規(guī)模地仿生利用太陽能，那么困擾人類的能源問題將得到一個(gè)全新的解決方案。
1818年，法國化學(xué)家佩爾捷(p．J．Pelletier 1788-1842)與卡芳杜(J．B．Caventou)合作，首次掀開了光合作用的神秘面紗，他們發(fā)現(xiàn)了葉中的一種綠色物質(zhì)并將其命名為葉綠素，到了1864年，人們已經(jīng)知道葉綠素由兩個(gè)黃色及兩個(gè)綠色色素所組成。
在光合作用中光能被用來氧化水，釋放出氧氣，并還原二氧化碳合成有機(jī)化合物，最主要的有機(jī)物是糖。這一系列復(fù)雜的過程主要包括了光反應(yīng)與暗反應(yīng)兩部分，地球上的綠色植物每年要化合1500億噸的碳(來自二氧化碳)和250億噸的氫(來自水)，并釋放出4000億噸的氧。它們用簡單的二氧化碳和水的分子合成碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)。這種合成需要輸入能量，而這些能量就是從無窮無盡的陽光那里獲得的。綠色植物把陽光的能量轉(zhuǎn)變成復(fù)雜化合物的化學(xué)能，而這些化學(xué)能可以養(yǎng)活所有的生命，構(gòu)成了地球上生命繁榮的基礎(chǔ)。
人類在得到物質(zhì)享受的同時(shí)，也面臨越來越嚴(yán)重的能源危機(jī)，與植物相比人類遠(yuǎn)不具備這種神奇功能。就在各國專家為新能源的研究開發(fā)絞盡腦汁而又一籌莫展的時(shí)候，德國科學(xué)院首先傳出佳音，年初，生物物理所和植物研究所的聯(lián)合科研組合作完成了“菠菜主要捕光復(fù)合物(LHC—Ⅱ)晶體結(jié)構(gòu)”這一研究成果，德國科學(xué)家領(lǐng)世界之先測定出綠葉中捕捉光能的這種復(fù)合物晶體結(jié)構(gòu)，復(fù)合物高效進(jìn)行光能吸收和傳遞的秘密因此得以破解。
光合作用由捕光系統(tǒng)和光反應(yīng)中心兩個(gè)“接力手”宋共同完成，捕光系統(tǒng)負(fù)責(zé)把“接力棒”傳給光反應(yīng)中心。捕光蛋白復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)是植物高效利用光能的物質(zhì)基礎(chǔ)，而LHC一Ⅱ這種膜蛋白在綠色植物中的含量最豐富?？蒲薪M發(fā)現(xiàn)這種復(fù)合物是一個(gè)具有典型正20面體對稱特征的空心球體。同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)還首次揭示了色素分子在復(fù)合物中的排布規(guī)律，解釋了LHC一Ⅱ能夠光能吸收和傳遞的原因，對于理解植物光合作用中發(fā)光的捕光和能量，傳遞過程提供了重要線索。
美國的科研成果則更進(jìn)一步，他們提取到了菠菜葉綠素中的這種蛋白質(zhì)，利用它們轉(zhuǎn)化光能的特性，制成了葉綠素太陽能電池?？茖W(xué)家表示，經(jīng)過進(jìn)一步的改進(jìn)，這種清潔型電池有望于不久將來實(shí)現(xiàn)商業(yè)化生產(chǎn)，為掌上電腦供應(yīng)能量。美國科學(xué)家把菠菜中分離出的蛋白質(zhì)被放在一個(gè)薄薄的金片上，附上一層導(dǎo)電的金屬，頂層是導(dǎo)電的有機(jī)材料。當(dāng)光線照射在這個(gè)‘三明治”結(jié)構(gòu)上時(shí)，蛋白質(zhì)就會釋放電子，傳到下面的金屬層形成電流。這些蛋白質(zhì)來自菠菜葉子中幫助植物轉(zhuǎn)化光能的葉綠體，但是提取這些蛋白質(zhì)可不是件容易的事，這些蛋白質(zhì)分子非常脆弱，從自然環(huán)境中移走之后，常常無法繼續(xù)工作。所以科學(xué)家把它們混合在一種很像肥皂的分子中。作為保護(hù)分子，它們在這些產(chǎn)生能量的蛋白質(zhì)周圍形成一層護(hù)膜，讓蛋白質(zhì)覺得仍置身于植物體內(nèi)，以正常發(fā)揮其職能。當(dāng)然，作為電池使用之前還需要改進(jìn)?，F(xiàn)在，它們能夠持續(xù)21天產(chǎn)生電流，然后就報(bào)廢了，所以必須設(shè)法延長它們產(chǎn)生電流的時(shí)間?，F(xiàn)在它們轉(zhuǎn)化吸收到的光能的效率只有12％?？茖W(xué)家希望這一比例能夠上升至20％，屆時(shí)，光電轉(zhuǎn)換效率就超過市場現(xiàn)有的硅太陽能電池了。
馬薩諸塞州一家公司也開發(fā)出一種模仿光合作用的工藝方式，把二氧化鈦及一種吸光染料涂覆在塑料薄膜表面，染料分子吸收的光線激發(fā)二氧化鈦的電子從而完成發(fā)電過程；通用電氣公司則利用一種有機(jī)發(fā)光二極管作為吸光材料來制造塑料太陽能電池。實(shí)際上是很好地利用塑料，就能讓很多材料具有發(fā)電能力，例如，塑料太陽能電池可以嵌入筆記本電腦的殼體，在光照條件下隨時(shí)為電腦充電，裝在電動汽車車身上為發(fā)動機(jī)供電，住宅屋頂更可以改用塑料太陽能電池板覆蓋，以供應(yīng)日常生活用電。
光合作用每年為我們的地球提供2200億噸的生物能量，是全人類所需能量的10倍。雖然這些研究成果離實(shí)際的應(yīng)用還有一段距離，但為農(nóng)作物的進(jìn)一步開發(fā)和利用提供了理論依據(jù)，同時(shí)也是研究新一代生物芯片和電子元件的基礎(chǔ)和有效途徑。如果真的能夠大規(guī)模地仿生利用太陽能，那么困擾人類的能源問題將得到一個(gè)全新的解決方案。