如果人类能够利用光合作用——本质上就是植物的食物工厂——理论上他们可以捕获碳并产生氢，这两者都可能有助于对抗气候变化。吸收碳可以减缓气候变化，而高效制造氢气则可以为产生二氧化碳的化石燃料创造替代品。
弄清楚如何利用光合作用
植物的天然“工厂”既优雅又高效：它们吸收太阳能，将二氧化碳和水加工成维持它们生命的糖和氧气。
尽管这听起来很简单，但在实践中却极其困难。科学家们几十年来一直在尝试重现这一过程。现在，一个研究团队在《自然化学》杂志上报告说，他们已经完成了关键的早期步骤。
为什么这个听起来相对简单的自然过程在实验室中如此难以模仿？本质上，驱动植物“工厂”的生化机制相当复杂。这个过程发生在植物细胞内，需要多个步骤，涉及多种染料、蛋白质和其他分子。
堆叠起来
为了重现其中一些步骤，来自韩国和德国的科学家团队实际上采用了“堆叠”方法。他们构建了四层分子“染料”，模仿植物细胞中天然存在的染料。染料堆栈在一端吸收光线，本质上将其过滤成单独的电荷，然后通过电子将能量一步一步地通过堆栈。
“我们能够通过光特异性地触发这种结构中的电荷传输，并对其进行了详细分析，”维尔茨堡尤利乌斯-马克西米利安大学（JMU）研究生兼该研究的合著者莱安德·恩斯特（Leander Ernst）在新闻稿中说，“它高效且快速。这是向开发人工光合作用迈出的重要一步。”
这就是在维尔茨堡合成的四种染料堆栈的样子。它代表了人工光合作用的又一步，因为它吸收光能并将其快速高效地传输到堆栈中。（图片来源：Leander Ernst / 维尔茨堡大学）
莱安德·恩斯特 / 维尔茨堡大学
更进一步
那么，下一步是什么？研究人员打算扩展堆叠染料分子的“纳米系统”，就像给摩天大楼加盖楼层一样。希望通过一个分子一个分子地构建堆栈（当然，在识别和合成每个分子之后）最终将创建一个“超分子线”。这种精心构建的分子塔理论上可以吸收光能，并以更快的速度和效率在更长的距离上传输光能。
一个由正确分子组成的复杂堆栈，如果正确地分层，最终可以模仿植物的自然过程。
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