Acc. Chem. Res.：有机半导体−生物界面增强自然和人工光合作用

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碳中性越来越广泛地被认为是气候行动和可持续发展的一种工具。光合作用有助于维持适宜的碳-氧平衡以维持生存，在减缓温室效应方面发挥着不可替代的作用。然而，光合作用的能量转换效率只有1%左右，远远低于理论上的最大值。在碳中性的生态需求下，进一步提高光合作用效率是明智且必要的。其中，最直接、最新颖的方法就是将光合色素的利用率提高到光谱的弱吸收区域，从而提高太阳能的利用效率。


近日，中国科学院化学研究所王树研究员，白昊天总结了课题组在构建共轭聚合物-光合作用有机体界面以提高光合作用效率方面所做的工作。



本文要点


要点1. 离子基团的侧链修饰或纳米粒子的制备使共轭聚合物具有水溶性和带电性，使其能够通过静电作用结合到光合微生物表面或被植物根系吸收。


要点2. 有机半导体共轭聚合物具有无与伦比的捕捉和发射光的能力、漏斗状的激发能量传递方式和令人羡慕的生物相容性，可以作为“人工天线”来弥补天然天线颜料的不足，扩大光合有效辐射(PAR)的范围。

要点3. 通过该策略，课题组实现了广泛的生物光合效率的提高，包括含氧光合生物，从细胞器到原核蓝藻，真核低等植物，高等植物，以及无氧光合生物。

要点4. 与传统半导体不同，共轭聚合物不仅具有电子导电性，而且具有离子导电性，是生物电信号转导的主要手段。因此，它们能够充当“电子桥梁”，加速材料-生物体界面上的电子转移速率。在此基础上，课题组将共轭聚合物引入到包括生物光伏和人工碳封存在内的人工光合系统中，以提高能量转换效率。

这些研究为共轭分子的功能研究开辟了新的领域，并为未来光合作用系统的设计提供了启示。
 

Xin Zhou, et al, Organic Semiconductor-Organism Interfaces for Augmenting Natural and Artificial Photosynthesis, Acc. Chem. Res., 2021
DOI: 10.1021/acs.accounts.1c00580
https://doi.org/10.1021/acs.accounts.1c00580



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