광합성용 과학 논문을 어떻게 쓰는가?

광합성은 자연계에 광범위하게 존재한다. 엽록체는 태양열을 수집하여 물과 이산화탄소를 유기물 (우선 포도당) 으로 변환하고 산소를 방출한다. 그러나 이것은 단지 최종 결과일 뿐이다. 전체 과정은 물과 이산화탄소 가스를 산소, 자유 양성자, 전자로 바꾸는 것으로 시작한다. 광합성에서 두 개의 화학반응이 발생하고 엽록소 분자는 두 개의 전자를 잃고 물 분자는 분해된다. 광합성은 각종 교과서에 모두 서술되어 있지만 이를 수동으로 실현하는 과정은 쉽지 않다. 주요 문제는 전해수의 유효 매체가 부족하다는 것이다. 엽록체는 식물에서 이런 매개체 역할을 한다. 물은 수소와 산소로 전기 분해 될 수 있다는 것은 잘 알려져 있지만 전체 과정은 의미가 없습니다. 이러한 성능을 향상시키기 위해 화학자들은 낮은 전압에서 반응을 촉진할 수 있는 촉매제를 제공한다. 현재 루테늄과 백금만이 이 매체 역할을 할 수 있다. 물론 이 두 금속은 모두 비싸다. 또 반응에는 특정 온도 조건과 기압이 필요하다. 광합성용 태양열을 저장하는 기술을 모방한 것은 1970 년대 초부터 과학자들의 시선에 들어갔다. 수십 년 동안 연구원들은 녹색 식물이 물을 분해하는 방식을 복제하려고 노력해 왔다. 과학자들은 이미 화학적 수단을 통해 물 분해 반응을 완성할 수 있었지만, 이러한 화학 반응 조건은 매우 가혹하고 온도가 매우 높으며 용액은 부식성과 알칼리성이 강하며 백금 등 희귀하고 값비싼 화합물을 촉매제로 필요로 한다. 다니엘의 디자인은 광합성과 같다. 물을 분해하는 반응은 실온에서 진행되며 용액은 부식성이 없다. 더 중요한 것은 촉매제가 매우 저렴하여 수소와 산소를 모두 쉽게 얻을 수 있다는 것이다.

이 "인공광합성용-최신 발전" 을 편집하다.

미국' 데일리과학' 웹사이트 2009 년 3 월 12 일 보도에 따르면 미국 캘리포니아대 버클리 분교의 과학자들은 이 분야에서 중대한 돌파구를 만들어 광합반응을 순조롭게 진행할 수 있는 특수 촉매제를 발견했다고 보도했다. 이를 바탕으로 과학자들은 광합성의 신비를 철저히 이해하고 인공광합성이 생산과 생활에 대규모로 적용될 수 있도록 하고 싶어 한다. 외국 언론에 따르면 미국 MIT 의 과학자들은 최근 실험실에서 광합성용 과정을 재현했다. 이 과정에서 광합성은 물을 수소와 산소로 분해하고 연소할 수 있는 수소와 산소를 생산한다. 이 실험의 의미는 광합성에서 나오는 에너지가 인간에 의해 이용될 수 있다는 것이다. 이 기술은 태양에너지 사용 혁명을 일으키고 석탄과 석유 등 재생 불가능한 자원의 손실을 보상할 것이다. 이 두 과학자의 이름은 노세라와 매튜 카난인데, 그들은 물을 수소와 산소로 분해하는 간단하고 경제적인 방법을 발견했다. 이 방법의 원리는 광합성과 비슷하지만 태양 에너지를 가연성 수소와 산소로 전환한다는 점을 제외하면.

이 인공 광합성-촉매 편집

연구진은 특수 단백질' 광계 ⅱ' 가 촉매제 전달체로서 망간을 함유한 생화학 효소라는 것을 발견했다. 녹색 식물이 광합성용 운반체로 사용되지 않는 상황에서' 광합시스템 II' 대신 인공촉매제를 찾을 것으로 기대된다. California University 로렌스 버클리 국립연구소의 연구원들은 코발트산화물 나노 입자라는 효율적인 촉매제를 발견하고 광해반응의 고전환율을 실현하였다. 관련 논문은 독일' 응용화학지' 에 발표되었다. 이 일련의 실험은 중국계 과학자, 노벨상 수상자 주홍문이 창설한 미국 캘리포니아대 로렌스 버클리 국립연구소 태양열연구센터에서 이뤄졌다. 그는 로렌스 버클리 연구소의 주임이기도 하다. 주요 참가자는 연구센터 주임인 하인츠 프레이와 그의 박사 후, 미국에 있는 중국 학자 봉교입니다. 프레이는 광분해 반응이 촉매제에 대한 요구가 매우 높다고 말했다. 수많은 실험을 통해 그들은 코발트 산화물 나노 결정이 효율적이고 빠르며 내구성이 뛰어나며 쉽게 구할 수 있다는 것을 알게 되었습니다. 처음에 그들은 밀리미터급 코발트 산화물 입자로 실험을 했는데, 효과가 이상적이지 않았다. 나중에 나노 코발트 산화물 입자로 전환했을 때, 우리는 반응 속도가 크게 향상되었다는 것을 알게 되어 기뻤다. 프레이는 코발트 산화물 나노 "클러스터" (여러 나노 묶음으로 구성된 클러스터 구조) 를 촉매제로 사용하는 반응 속도가 밀리미터 클러스터의 1600 배에 달하며 각 클러스터는 초당 약 1 140 을 분해할 수 있다고 말했다.

이 "인공광합성용-전망" 을 편집하다

이상적인 촉매제를 찾았지만, 연구가들은 이것이 우연한 수확일 수도 있고 해결해야 할 문제가 많다고 말한다. 이러한 문제를 해결하는 것은 촉매 효율을 더욱 높이는 데 도움이 될 것이다. 연구자들은 메조 포러스 실리콘 (가운데 구멍이 있는 실리카 결정) 을 코발트 산화물의 전달체로 사용하여' 습법 주입' 기술을 통해 나노 빔을 주입했다. 이상적인 상황은 지름이 약 8nm 이고 길이가 50nm 인 클러스터입니다. 클러스터의 나노튜브는 서로 연결되어 지름이 약 35 nm 인 구로 구부러져 있습니다. 그러나 다른 모양의 나노 클러스터를 사용할 때 촉매 효율이 크게 떨어진다. 프레이는 나노 클러스터의 모양이 촉매 반응에서 결정적인 역할을 할 수 있다고 추측했다. 현재, 프레이와 봉교는 그 속의 메커니즘을 찾기 위해 진일보한 실험을 진행하고 있다. 프레이와 봉교의 연구 성과는 의심할 여지 없이 인공광합성용으로 강심제를 맞았다. 그 전에, 주요 연구 초점은 촉매 반응 과정에 있었고, 효율적인 촉매제는 아직 발견되지 않았기 때문이다. 프레이는 촉매제의 가용성, 나노클러스터의 안정성, 반응에 가해진 전압, pH, 온도를 보면 코발트 산화물의 촉매 효율은 광합 시스템 II 와 비슷하다고 말했다. 연구원의 다음 임무는 오염없는 방식으로 반응으로 인한 수소를 에너지로 변환하는 실행 가능한 태양열 변환 시스템을 구축하는 것이다. 이미 큰 진전을 이루었지만, 연구원들은 녹색 에너지가 곧 있을 것이라고 생각하지 않는다. 데일리 과학' 문장 분석, 현재 인공광합성은 세 가지 큰 난제에 직면해 있다: 태양열을 어떻게 포착할 것인가; 태양 에너지를 전자적인 형태로 반응 센터로 전달하는 방법; 광합성의 순환에서 전자를 어떻게 보충합니까? 처음 두 가지 문제는 이미 기본적으로 해결되었지만, 지금까지 우리는 세 번째 문제를 어떻게 해결해야 할지 아직 모른다. 이 문제를 해결하는 가장 좋은 방법은 광합성의 반응 메커니즘을 철저히 이해하는 것이다. 광합성의 기본 과정은 엽록체에서 진행된다. 엽록체는 광자를 흡수하여 엽록소에 전달하고, 엽록소는 고에너지 전자를 방출하여 이산화탄소를 설탕으로 환원시킨다. 엽록소 분자는 손실 1 전자마다 촉매 핵이 물 분자에서 1 전자를 추출하여 보충한다. 이렇게 4 륜 전자전송을 거쳐 물 분자 두 개가 1 산소 분자 4 개, 전자 4 개, 수소 이온 4 개로 전환된 후 다시 새로운 순환을 시작한다. 그러나, 인공 과정에서 전자 보급을 실현하기는 매우 어렵다. 연구원들은 재활용 과정에서 가능한 한 빨리 이 문제를 해결하기를 희망하며, 그러면 인류는 식물처럼 햇빛을 사용 가능한 에너지로 바꿀 수 있다.