¿Cómo producir hidrógeno mediante la fotosíntesis?

Hola cartel: Palabras clave Durante el proceso de fotosíntesis, las plantas pueden usar la luz solar para descomponer el agua en hidrógeno activo y oxígeno, y luego usar hidrógeno activo para reaccionar con dióxido de carbono para sintetizar materia orgánica. Emerson R descubrió que la fotosíntesis es el efecto sinérgico de dos sistemas, a saber, el fotosistema I (PSI) y el fotosistema II (PSII). Investigadores del Centro de Investigación de Biotecnología Ambiental de la Universidad de Tennessee y el Laboratorio Nacional Oak Ridge separaron con éxito el sistema fotosintético I del sistema fotosintético II, es decir, eliminaron el sistema fotosintético II y la estructura de conexión, y pintaron un lado del sistema fotosintético I. A Una capa de átomos de platino, después de agregar un donante de electrones, produjo con éxito gas hidrógeno. Podemos imaginar esto: usar los dos sistemas de fotosíntesis para liberar hidrógeno activo y electrones de alta energía del agua, bloqueando al mismo tiempo el proceso de formación de materia orgánica por hidrógeno activo y dióxido de carbono, y exportar electrones de alta energía al hidrógeno activo para reducirlo a gas hidrógeno. Para hacer realidad esta idea, hay dos cuestiones técnicas clave que deben resolverse: primero, cómo hacer que la reacción produzca hidrógeno activo y electrones de alta energía sin consumir hidrógeno activo para formar carbohidratos. Emerson propuso que los dos sistemas de fotosíntesis absorben luz de diferentes longitudes de onda y realizan diferentes reacciones características. La reacción de PSI es una reacción de luz de onda larga y su característica principal es la reducción de NADPH. La reacción de PSⅡ es una reacción de luz de onda corta y su característica principal es la fotólisis del agua y la liberación de oxígeno. Se puede observar que la generación y reducción de hidrógeno activo se llevan a cabo en sistemas diferentes, por lo que es factible separar los dos sistemas y dejarlos actuar de forma independiente. De hecho, los investigadores estadounidenses completaron este paso del trabajo y demostraron que es factible. Para obtener más información técnica relacionada con pruebas de calidad, pruebas analíticas, mediciones químicas y materiales de referencia, consulte el catálogo estándar del Instituto Nacional de Materiales Estándar y Control de Medicamentos, y para materiales de referencia de medicamentos, consulte /plist_3/plist_3_0_0_1. HTML. Otra cuestión técnica clave es cómo exportar electrones de alta energía y transferirlos al hidrógeno activo, es decir, cómo reconectar los dos sistemas separados "de la cabeza a los pies" para que el sistema fotosintético I pueda utilizar directamente el sistema fotosintético II para descomponer las moléculas de agua. . de electrones. Sabemos que los electrones de alta energía producidos por la fotosíntesis deben pasar por una compleja transferencia electrónica antes de poder ser utilizados, y el proceso desde la generación de electrones hasta su utilización se completa en 10-15-10-12 segundos. Evidentemente es imposible exportar electrones directamente en tan poco tiempo. Sin embargo, podemos imaginarnos el uso de campos magnéticos para resolver este problema. En primer lugar, es necesario proporcionar un campo magnético con suficiente intensidad y asegurar el límite del campo magnético para garantizar que los electrones tengan un cierto ángulo de desviación; en segundo lugar, se debe proporcionar un canal adecuado para los electrones; El sistema fotosintético I y el sistema fotosintético II son extremadamente pequeños. Es técnicamente muy difícil construir un campo magnético uniforme tan pequeño al mismo tiempo que se asegura su límite y se proporciona un canal de electrones lo suficientemente pequeño. La incertidumbre en la dirección del movimiento de los electrones determina la incertidumbre en la dirección final del viaje, lo que afectará la eficiencia de la exportación de electrones. Entonces, ¿cuál es la forma efectiva y factible de derivar electrones? El principio de los herbicidas nos da esperanza. Los herbicidas pueden combinarse con ciertas sustancias en la cadena de transporte de electrones, bloqueando así la transferencia de electrones, bloqueando las reacciones de la luz, bloqueando la fotosíntesis y provocando la muerte de las plantas. Podemos imaginar que también podemos usar una determinada sustancia (que puede tener una estructura similar a un herbicida) para combinarla con una determinada sustancia en la cadena de transferencia de electrones para evitar su transferencia de electrones y, al mismo tiempo, usar un aceptor de electrones para reemplazarlo. esta sustancia exporta electrones y los transfiere a materiales activos. Un aceptor de electrones ideal es aquel que puede absorber hidrógeno activo y transferir electrones, permitiendo que el hidrógeno activo acepte electrones en su superficie y lo reduzca a gas hidrógeno. Por lo tanto, la investigación sobre este tema puede comenzar a partir de materiales absorbentes de hidrógeno y sus mecanismos de transferencia de electrones. Los materiales absorbentes de hidrógeno adecuados pueden ser aleaciones que contengan ciertos metales activos (como Ti, Fe, Mg, etc.) y no metales (como por ejemplo). PAG).