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浙滬兩高校跨學科合作取得創新成果 浙大科學家向綠藻要氫氣

文章作者:www.utbltn.icu發布時間:2019-09-20瀏覽次數:1617

要深入實施創新驅動發展戰略,必須在綜合創新中發揮科技創新的主導作用。

浙江大學和上海師范大學的科學家多年來堅持不懈地解決關鍵問題。在吸收世界先進技術的基礎上,他們取得了重大突破,展現了無窮的創新精神。

浙江與上海大學跨學科合作的創新成果

來自浙江大學的科學家要求從綠藻中提取氫氣

浙江在線11月04日(浙江日報記者曾福泉通訊員周偉)于11月3日從浙江大學獲悉浙江大學和上海師范大學的科學家們為綠藻細胞“涂上”二氧化硅“外套”,使他們能夠在自然條件下持續使用太陽能和水來產生氫氣。生物光合作用氫產生領域的這一重要突破已發表在著名的化學雜志《德國應用化學》中。

氫是理想的清潔能源。與當前工業中的石油制氫相比,來自綠藻的氫氣生產更加環保且可持續。浙江大丘是高等院校徐旭榮副教授,他的合作者,浙江大學化學系唐瑞康教授,上海師范大學藻類光合作用與生物能轉換實驗室馬偉民教授取得了令人驚訝的成果。在實驗室中:綠藻聚集體繼續產生氫氣的時間最長。它可以持續長達72小時。

通常,植物光合作用產生氧氣。徐旭榮告訴記者,科學家早些時候發現綠藻細胞中存在“氫化酶”。當氫化酶被激活時,綠藻可在光合作用期間產生氫。但是,這個過程非常微妙。 “氫化酶只能在缺氧條件下活化。一旦遇到氧氣,就會迅速失去活性。通常,由于光合作用產生氧氣,氫化酶總是失活的。許旭榮解釋說,”事實上,綠藻產氫更像是缺氧和其他脅迫條件下的應激反應。“

從這個原則出發,研究小組試圖人為地為綠藻細胞創造一個缺氧環境。團隊成員,熊偉,博士浙江大學的學生介紹了海洋中豐富的另一種藻類硅藻的仿生靈感。獲得缺氧環境。

實驗開始時并不順利:在單個綠藻細胞用二氧化硅包被后,它們仍然只有正常的光合作用并且不能產生氫。第二天,在用于培養綠藻的試管上方,探針檢測到氧氣并且意外地檢測到氫氣。 “我們發現這是因為包裹在二氧化硅中的綠藻逐漸連接在一起形成結塊。”熊偉說。

這一意外發現使科學家們意識到,當礦化的綠藻細胞層堆積形成一個復合體時,內層的綠藻細胞將達到氧氣生產和消耗的動態平衡:其中一個與外界隔絕。在環境中,由綠藻的光合作用產生的氧氣僅通過其自身的呼吸消耗,因此它可以存活并獲得缺氧環境,從而激活氫化酶。 “因此,我們可以檢測外部綠藻產生的氧氣和綠藻內層產生的氫氣,”熊偉說。 “這也解釋了為什么目前的綠藻聚集體不能長時間維持氫氣生產。隨著綠藻的內層繼續生長,附聚物坍塌,氫化酶再次失活。“

研究小組抓住了這一新發現并不斷進行實驗。在位于浙江大學玉泉校區的實驗室里,熊偉向記者展示了幾個試管。礦化的綠藻細胞復合物沉積在試管的底部。在加入三氧化鎢粉末后,氫和氧化物的反應引起顏色變化,表明在試管中產生氫氣。

徐旭榮說,在科學界研究使用綠藻生產氫氣之前,更為經典的結果是加州大學伯克利分校科學家開發的“兩步法”。他們首先讓綠藻進行正常的光合作用并積累生物量;然后它們通過缺硫培養減弱了它們的光合作用,因此它們自身的呼吸消耗了少量的氧氣,從而激活了氫化酶。 “通過這種方式,氫氣可以從根本上來源于最初種植的綠藻中積累的有機物質,并在氫氣生產過程中持續消耗。經過一段時間后,綠藻應恢復正常的光合作用。”完全'自己,繼續生產氫氣。“徐旭榮說。

徐旭榮說,這種由中國科學家開發的新方法在空間上分離了綠藻細胞的產氧過程和產氫過程。該工藝不僅更具可操作性和簡單性,而且綠藻產氫也持續很長時間。

這項創新得益于跨學科合作,特別是唐瑞康教授引入的生物礦化技術。 “生物礦化領域仍處于該學科的最前沿,但其基本理念并不深奧。”熊偉說,例如,在綠藻上涂上二氧化硅涂層是通過使用不同化學試劑之間的靜電相互作用來實現綠色。藻類硅化自組裝凝聚,在實驗室操作中,高中生可以完成。 “利用生物礦化技術獲取重要的科學發現需要不竭的創新精神。”

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