|
|
工作，开辟了新的研究方向，抓住了人类面对的最至关重要的难题之一（This pioneering work opens up an important new research direction， addressing one of the most critical problems human beings face. ）”。
人们熟知，在大自然界，植物每天都在发生着光合作用，将阳光、水和二氧化碳变为碳水化合物和氧气，通过这一神奇的过程，植物将外界的能量转化并储存起来。杨培东和其团队研发的“人工光合作用”就是要通过人工的手段，实现这一过程。
杨培东团队构建了一套由纳米线和细菌组成的独特系统。该系统可捕捉到到尚未进入空气中的二氧化碳。这一过程模仿自然界的光合作用。在自然界中，植物利用太阳能将二氧化碳和水转化成碳水化合物。不过，人工光合作用作用的想法则将二氧化碳和水转换为醋酸酯（acetate），后者是今天很多生物合成反应的基础。
更令人惊奇的是，科学家们正使用太阳能将二氧化碳转换为值钱的化工产品，例如生物可降解塑料、药品甚至是液体燃料。
该技术的关键之一S. ovate细菌，这是一种很好的二氧化碳催化剂，能生成醋酸。而醋酸能用于生产各种化工品，包括可与汽油相媲美的燃料——丁醇。在近似自然阳光照射200小时的环境下，杨培东团队实现的太阳能转化率为0.38%，这与自然界（光合作用）叶子的转化率相同。引起业界轰动，随后哈佛大学的相关研究团队也迅速跟进。
“我们相信，这是人工光合作用的革命性飞跃！”杨培东说。“我们的系统有潜力从根本上改变石油和化学工业，因为我们的体系中，将以完全可再生的方式生产化学品和能源，而非以前那样去地底下开采。”
美国等很多国家都试图捕集利用煤电厂排放的二氧化碳。在可预见的常来，化石能源仍将会是人类所广泛使用的能源之一。因此找到减少二氧化碳排放、降低温室效应影响至关重要。科学家们已提出各种办法捕集二氧化碳。例如：将二氧化碳转化成无害的有机化合物，甚至是利用小苏打来吸收二氧化碳，以防排放到大气中。人工光合作用的精妙之处在于另辟蹊径：如何捕捉、储存二氧化碳的难题，被消解为直接将二氧化碳（变废为宝）派上好用场。
“火星上大气环境95%是二氧化碳，阳光也充足，唯一的问题是水。”杨培东说，“目前研究发现火星在极地处有水，其他地方有没有水，有多少水还不清楚。”杨培东说，“人工光合作用”未来可以使用太阳能将二氧化碳转换为化工产品，例如燃料、药品、肥料、商用化学品等。有了这些，让人们在火星上生活真正成为可能。
他表示，目前这一套系统的成本、转化效率都已经取得突破，唯一的制约因素是稳定性问题，该团队目前在“生物催化剂”和“固态催化剂”两个方面同时进行进一步研究，以解决稳定性的问题。除了人工光和作用外，杨培东还利用纳米线进行废热回收利用的研究，目前已经成功实现商业化，在美国和加拿大的很多油田利用他的这一技术，将废热转化为电能。
杨培东的几个研究项目都成功從实验室走向了实际应用，但当谈到一项技术从发明到全面应用所需要时间时，杨培东认为这个时间是不可预期的：“我们做的废热发电，就花了十年来进行基础研究。然后我们发现了一种材料，无论是从能量转化效率、稳定性和成本上，产业化已经可以接受了。所以几年内我们就把实验室的东西进行了应用。但我们之前也没有想到，五年内我们就可以把废热发电的基础研究转变成应用。人工光合作用从研究到应用，也许是五年，也有可能二十年。科学上的问题，我们已经证明是可行的了，还需要进一步优化才能把这项技术的稳定性、成本、效率提高些。”
尽管已经是终身教授、纳米公司的合伙人，杨培东仍然花了很大的精力在中国推进纳米材料学的研究和教育工作。他经常提到的一个词是“原创性”，认为做研究就要做原创性的，别人没有做过的研究。
作为上科大物质科学与技术学院的创建院长，杨培东为该院的组织与建设奔走：“我来，就是为了发展国内的科研人才。”杨培东希望有志科研的学生们在学习基础知识的同时，从本科开始就对学术研究进行创造性的思考。 |
|
发表于 2022-2-27 18:30:54