日本开发出新型人工光合技术,可使二氧化碳与有机分子结合固定

新技术 2018年09月20日
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日本大阪市立大学成功开发出了新型人工光合技术,可以利用可见光能源使二氧化碳与有机分子结合并固定。相关研究成果于2018年9月3日发布在国际纯化学和应用化学联合会(International Union of Pure and Applied Chemistry:IUPAC)发行的杂志《Pure and Applied Chemistry》上。

以往的人工光合技术很多都是将二氧化碳光还原为一氧化碳、甲酸、甲醛和甲醇的技术。利用这些技术的话,由于还原的是含1个碳原子的二氧化碳,只能生成含1个碳原子的分子(图1)。而天然光合作用是利用太阳能产生的还原能力还原二氧化碳,能增加碳原子数量,最终可以生成含6个碳原子的葡萄糖。如果能像天然光合作用那样增加碳原子数量,就有望应用于以二氧化碳为原料的多种材料合成。

新型人工光合技术以往的人工光合技术的概要

图1:以往的人工光合技术的概要

本研究新开发了一项技术,能以天然光合作用反应的碳增加反应为样本,利用色素分子、电子传递分子和生物催化剂,以及通过可见光能源获得的还原能力,将二氧化碳作为羧基导入有机分子(丙酮酸,生成苹果酸,图2)。

新型人工光合技术此次的人工光合技术

图2:此次的人工光合技术

此次新开发的反应系统结合了“苹果酸酶”和新开发的“二苯基紫精衍生物”的光还原系统,苹果酸酶可以催化使二氧化碳与含3个碳原子的丙酮酸结合,变成含4个碳原子的苹果酸的反应(图3)。此次利用二苯基紫精衍生物,全球首次成功简化了图中的虚线部分。由此成功构筑了一种能将二氧化碳添加到丙酮酸中的新型人工光合系统。

新型人工光合技术省去了高成本的部分

图3:省去了高成本的部分

作为新的人工光合系统,不但能将二氧化碳转换成燃料,未来还可以用来使二氧化碳与有机分子结合,合成各种化学产品和有用物质。

文 客观日本编辑部

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