科学家们长期以来一直在研究光合细菌将阳光、二氧化碳和水转化为能量的能力。近日，一个团队在这一领域取得了新的进展。通过给其提供微小的“纳米住房”网格创造了最佳环境，不仅促进了这些细菌的快速生长而且还将它们的能量收集潜力提升到了新的高度。
光合细菌也被称为蓝藻细菌，也许更熟悉的是蓝绿藻，它们可以在所有类型的水中找到，在那里它们利用阳光来制造自己的食物。它们对这项任务的自然熟练程度激发了许多有发展前景的可再生能源研究途径，从发电的仿生蘑菇到吸收二氧化碳的藻类燃料生物反应器，再到为商业人工光合作用系统提供蓝图的独立解决方案。
蓝藻在湖泊表面等环境中茁壮成长，因为它们需要大量的阳光才能生长。而另一方面，为了收集它们通过光合作用产生的能量，细菌需要连接到电极上。剑桥大学的科学家们希望通过制作同时促进细菌生长的电极，尝试“一箭双雕”的可能性，并取得了突破性的进展。
“从光合系统中究竟能提取多少能量一直存在瓶颈，但没有人知道瓶颈在哪里，”该研究的负责人Jenny Zhang博士表示，“大多数科学家认为，瓶颈是在生物方面，在细菌中，但我们发现，一个实质性的瓶颈实际上是在材料方面。”
该团队使用3D打印技术生产由金属氧化物纳米颗粒制成的电极，这些纳米颗粒被排列成密集的支柱组，就像一个小城市。这座城市则是蓝藻细菌的栖息地，蓝藻以极高的效率产生电力，以至于该系统将可从蓝藻中提取的能量增加了一个数量级以上。研究成果已于近期发表在了《自然材料》杂志上。
Zhang说：“我很惊讶我们能达到我们所做的数字——类似的数字已经被预测了很多年，但这是第一次在实验中显示这些数字。蓝藻细菌是多功能的化学工厂。我们的方法使我们能在早期挖掘它们的能量转换途径，这有助于我们了解它们是如何进行能量转换的，因此我们可以利用它们的自然途径进行可再生燃料或化学品生产。”
这种方法的另一个优势是，打印技术可以用于生产不同高度和规模的结构，这意味着“小城市”可以被定制，以适应各种应用。因此，这项研究不仅展示了这种形式的光合作用如何更好地捕获能量，还为电极设计开辟了新的可能性。
“电极具有极好的光处理性能，就像一个有很多窗户的高层公寓，”Zhang补充说，“蓝藻需要一些它们可以附着的东西，并与它们的邻居形成一个社区。我们的电极能够在大量的表面积和大量的光线之间实现平衡，就像玻璃摩天大楼一样。”
标签： 光合作用
这项研究还为电极设计开辟了新的可能性。
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