开发清洁燃料的前景正在改善

锰簇的结构在自然界中和O-O键形成之前发现。在背景中，与中间状态S0至S4的水分割循环。图表：MPI用于化学能量转换

对光合水分裂细节的新见解已经为合成系统提供了一种蓝图，可以将阳光能量存储在化学能量载体中。

使用自然采用的模型，将来可以在未来解决社会的能源问题。在光合作用期间，使用太阳能产生植物，藻类和某些细菌，产生糖和其他能量的物质（即燃料）。来自Mülheim的Max Planck化学能源转换研究员的研究人员在MülheimAdAndruhr领导的团队目前正在开发实验方法，以确定该过程的本质上。科学家们正在研究一种涉及光合作用的特别重要的辅助因子，该钙综合体使用太阳能将水分解成分子氧气。它们在这种化学反应中确定了这种复合物的确切结构。这导致了关于如何在该金属配合物上形成的分子氧的详细建议。通过这些新的洞察光合作用，科学家们为合成系统提供了一种蓝图，可以将阳光能量存储在化学能载体中。

超过30亿年，自然一直在使用阳光作为其光合作用中的主要能源。在该过程的过程中，植物，藻类和蓝藻（蓝绿藻）使用阳光来分割水并从二氧化碳（CO2）中产生富含能量的化合物。最终产品是碳水化合物，其本质上，作为活细胞的太阳能燃料。虽然光合作用中涉及的基本反应很长一段时间，Max Planck化学能源转化研究所在Mülheiman der ruhr和法国萨利亚萨克莱委员会comm at aromique（cea），现在已经成功了解释光诱导的水分裂过程的重要细节。因此，他们通过使用阳光和水的人造光合作用来改善了生成环保，低成本的太阳能燃料的科学依据，这是一个可以使社会能够结束其对石油，煤炭等化石燃料依赖的发展天然气。

水分解催化剂

在嵌入大型膜蛋白（照相系统II）中的金属络合物处发生光致催化水分裂。该复合物由四种锰原子（Mn）和一个钙原子（CA）组成，其通过氧桥网络（参见图像）保持在一起。这种水氧化或氧化络合物经历了释放电子和质子的复杂循环，因此最终氢和分子氧。

在本周在本周发表的文章中，德国 - 法国研究团队在生产氧气生产前直接呈现该锰钙综合体的结构。这种洞察力对植物光合作用的关键阶段非常重要：它提供了对光合作用机制的更详细了解，并能够基于该模型的光诱导水分裂的合成系统的开发。

该研究是在沃尔夫冈洛博茨和弗兰克奈的领导下，生物物理化学和分子理论与MAX Planck化学能源转换研究所之间密切合​​作。在这些部门内，尼古拉斯科克斯和Dimitrios Pantazis组装了一个跨学科团队，旨在更好地了解自然界分裂的分子细节。

研究的三项挑战是光学系统II的研究

研究人员面临的第一个挑战涉及从原始生物体的完全完整的水分解复合物，嗜热性蓝杆菌的萃取和纯化，在日本的温泉和火山中发现，非常坚固。为了满足对准备质量的非常严格的要求，萨利的研究人员必须与日本的研究人员合作开展几年的发展工作。

第二次挑战研究小组遇到涉及在水分裂的不同阶段期间照相系统II中锰复合物的表征。基于MaLheim的最大普朗克研究所的生物物理化学系的研究人员在电子顺磁共振（EPR）的帮助下克服了这一障碍。该技术使得可以在分子或金属络合物中可视化电子的分布，从而提供深入了解水分裂的近阶段。“这些测量产生了新的信息，并使得能够求解有关不可访问的反应循环中的分子结构的详细分析的问题，”Alain Boussac从Cea Saclay说。

最后，第三个挑战在使用获得的信息以产生生物催化剂的完整结构模型。使用新的理论方法和Max Planck Institute的分子理论部的新理论方法和超级计算机所需的计算。通过这种方式，研究人员成功地表明在反应循环的后期期间，第二水分子在复合物中的活性氧原子旁边结合并释放质子。这导致在下一步中形成O-O键。

来自阳光的燃料 - 复制性质

由于这种解码了在原子水平的照相系统II中的水分裂催化剂的结构和功能的解码，达到了水分裂机构的解释。本知识使得能够识别使用环境友好，低成本和易于可用的元素分开水的类似合成催化剂的重要标准。目前，昂贵的铂和其他稀有金属或金属配合物被广泛用于此目的。这使得可再生能源载体（燃料）的大规模生产，如氢气非常昂贵，甚至不可能。

在生物启发催化剂的帮助下，氢或另一太阳能燃料可以通过太阳能器件的组合来廉价地利用具有水分裂催化剂的用于产生太阳能燃料而不是电力。这将使能源部门能够克服与太阳能相关的主要问题：作为能源时钟周围的阳光不可用，电力不是非常适合运行机动车辆。相比之下，太阳能燃料概念能够在化学化合物中直接存储太阳能，因此在任何时间或地点使用这种能量。

“合成太阳能燃料为可再生能源技术开辟了广泛的可能性，特别是对于仍然依赖化石燃料的运输和基础设施行业，”Max Planck化学能源转换研究所主任Wolfgang Lubitz教授说。“基于锰的常见金属如锰的高效亮起的水分裂催化剂在此占据巨大进展。通过这项研究进入大自然的水分裂酶的洞察力为这种发展奠定了基础。“

出版物：Nicholas Cox等，“在O-O键在O-O键形成之前的光系统II中的oxopseevolving络合物的电子结构，”2014年8月15日科学：卷。 345号。 6198 PP 804-808，DOI：10.1126 / science.1254910

图像：MPI用于化学能量转换