聚焦植物生物學的化學反應途徑已被改造成一種利用太陽能將水轉化為氫燃料的新型技術。美國能源部阿貢國家實驗室最新一項研究表明，科學家將兩種膜結合蛋白質復合物組合起來，完成了水分子向氫和氧的完全轉換。這項研究報告發表在近期出版的《化學科學》雜志上。

該研究基于一項早期研究，檢測了一種叫做“光系統I”的蛋白質復合物。它是一種膜蛋白質，可以使用光能向一種制造氫的無機催化劑提供電子，然而這僅占整個制氫過程的一半進程。

阿貢國家實驗室化學家Lisa Utschig和同事通過使用第二種蛋白質復合物——“光系統II”，利用光能分解水，并從中獲取電子。他們能夠從水中獲取電子，再將它們輸入“光系統I”之中。

Lisa Utschig說：“該設計的完美之處在于它的簡單性，利用天然膜自行組裝催化劑，實現所預期的化學反應。”

在早期實驗中，研究人員向“光系統I”提供源自犧牲電子供體的電子，該技術在于如何讓兩個電子快速連續地進入催化劑中。

這兩種蛋白質復合物能夠嵌入類囊體膜，就像高等植物中生成氧氣的葉綠體一樣。這種天然膜是直接從自然界提取的，它對這兩種光系統的配對至關重要。從結構上，天然膜同時支持兩種光系統，并為蛋白質內部電子轉移提供直接途徑，但并不妨礙催化劑與“光系統I”的結合過程。

Lisa Utschig表示，該模型是光觸發類囊體膜自然光合作用電子傳輸鏈的技術與合成催化劑的巧妙結合。

另一項改進是，使用鈷或者鎳催化劑取代之前研究中使用的昂貴鉑催化劑，最新采用的鈷或者鎳催化劑能夠大幅降低潛在成本。