新型催化劑模擬光合作用 可使產能提高十倍

植物光合作用示意圖。（Shutterstock）

【大紀元2021年11月24日訊】（大紀元記者高文森編譯報導）自然界中植物通過光合作用製造糖分。麻省理工學院（MIT）的研究人員借鑒這樣的機制，設計了一種光催化劑，能夠吸收光線的能量來促進多種化學反應過程。

主要研究者之一MIT的化學副教授施勞-科恩（Gabriela Schlau-Cohen）說：「這種光催化劑以光線代替有害的（化學反應所需的）條件或試劑，可用於製造藥品、農業化學品，並使得合成過程更高效、更環保。」

多數催化劑都可以降低反應發生所需的能量臨界值。在過去二十多年來，化學家一直在尋找各種能夠利用光能促進反應的催化劑。

研究人員與普林斯頓大學、北卡羅來納州立大學（North Carolina State University）的同行合作進行實驗後發現，這種新型光催化劑比現有的光催化劑更好，能夠吸收所有波長的光線。

這份研究說，以前的研究都是使用同一種分子既負責吸收光線，又負責催化功能。這樣的分子通常只能吸收特定波長的光線，所以吸光的效率不好。「自然界的光合作用就是把這兩種功能分開執行，一種專門的蛋白負責吸收光線，把採集來的能量傳遞給另一種負責催化功能的蛋白。」

這份研究借鑒了這樣的機制，也使用兩種成分合起來製成新型光催化劑。

研究人員把製成的催化劑用於兩類化學反應過程。一類是硫醇-烯（thiol-ene）偶合，將硫醇和烯烴連接起來形成硫醚（thioether）；另一類是在肽（peptide）偶合後，用甲基取代剩餘的硫醇基團。

研究稱使用了新型光催化劑後，比以前僅用釕（ruthenium）催化劑的產能提升了十倍。而且，新型光催化劑在紅光下也能起作用，這是現有的光催化劑達不到的效果。在紅光作用下，這些反應所產生的副反應較少，對化合物的傷害也少，這在生物系統的反應中是很重要的優勢。

研究介紹說硫醇-烯耦合反應在成像和感應、送藥、生物分子穩定性方面經常用到，比如可用於合成脂肽（lipopeptides），促進抗原疫苗的吸收。第二類反應在肽合成方面有很多用途，比如製造可以治療艾滋病的藥物恩夫韋地（Enfuvirtide）。

研究稱這種光催化劑還可用於促進木質素解聚反應，將木頭等難以分解的植物材料製成生物燃料。

研究者表示他們接下來將不斷替換裡面的吸光蛋白和催化劑，以適應各種化學反應。

這份研究11月15日發表於細胞（Cell）出版社旗下的Chem期刊。

責任編輯：葉紫微