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- 我们的目标是使自然光合作用的基本原理适用于人工从阳光中生产氢或其他燃料
一个多学科团队将研究有效吸收光并将其转化为电化学能量的人工光合天线和反应中心、基于光合作用中发现的水氧化催化剂，并以模仿自然界使用的过程的方式组装，以及基于天然氢化酶的电子蓄能器和质子还原催化剂。天线和反应中心将使用有机化学技术进行设计。催化剂将采用肽工程方法进行开发。这些组件将使用材料科学、纳米技术和核酸工程的概念进行结构化组织。
产品组合
任务
- 我们的任务是建立一个完整的系统，以太阳能为动力，通过水分解生产氢等燃料。设计原则将从光合作用能量转换的基本概念中得出。
人类面临的一个重大挑战是开发可再生能源来取代我们对化石燃料的依赖。理想的能源应该是储量丰富、价格低廉、环境清洁、地理分布广泛的。来自太阳的能量符合这些标准。不幸的是，将阳光直接转化为有用燃料的实用、经济的技术还不存在，因此需要新的基础科学。然而，在光合作用中确实存在将太阳能储存在燃料中的蓝图。事实上，我们今天消耗的所有化石燃料能源都来自光合生物收集的阳光。
认识到对新科学的需求，能源部于2009年建立了亚利桑那州立大学生物太阳能燃料生产中心。该中心由来自化学和生物化学系的11名教师组成，隶属于亚利桑那州立大学生物能源和光合作用中心。太阳能燃料中心由教师、研究助理、研究生和本科生组成，致力于解决可再生能源问题。
中心的目标
我们的目标是使自然光合作用的基本原理适用于人工从阳光中生产氢或其他燃料
一个多学科团队将研究有效吸收光并将其转化为电化学能量的人工光合天线和反应中心、基于光合作用中发现的水氧化催化剂，并以模仿自然界使用的过程的方式组装，以及基于天然氢化酶的电子蓄能器和质子还原催化剂。天线和反应中心将使用有机化学技术进行设计。催化剂将采用肽工程方法进行开发。这些组件将使用材料科学、纳米技术和核酸工程的概念进行结构化组织。
科学
- 水氧化配合物将基于一种独特的、自组装的、工程DNA纳米结构，该结构以类似于天然氧进化复合物的方式组织短合成肽。这些多肽将使用光合作用中发现的组装方法来构建类似于天然的金属离子催化位点。在第二种方法中，将寻求天然光合作用氧进化复合物的肽基水溶性类似物。伯克利的DOE ALS将用于人工水氧化(和质子还原)催化剂的x射线(必要时)、XAFS和XANES表征。
制氢催化剂将以天然氢化酶为基础。含铁催化位点和储存还原等价物的铁硫位点将使用金属纳米颗粒组织成功能催化剂，并与透明电极连接。新型透明、纳米结构、高表面积导电金属氧化物材料将被构建，作为组织系统各个组件、分离相互反应中间体和促进组件之间电通信的功能框架。
一个主要的挑战是将上述各种组件集成到一个能够作为一个单元进行水分解的功能系统中。这将需要仔细注意催化剂和电荷分离单元的热力学和动力学性质，以及氧化还原等价物和材料在配合物的各个单元之间的运输。因此，本研究具有很强的系统工程成分。两个光系统，à la光合作用，将可能是必要的，以实现有用的效率。最初，一些子系统之间将使用金属连接，以便在必要时对组件进行电化学测试和应用外部电动势。基于自然光合作用的表现，这种合成系统有潜力利用阳光和水高效地生产燃料，价格便宜，使用地球上丰富的元素，并成为人类能源问题的实际解决方案。实现这一潜力是一项重大的基础和应用科学挑战。
在实现这一雄心勃勃的目标的同时，该中心将揭示基础科学知识，为水分解和燃料电池的新催化剂、各种太阳能光伏发电的新材料、利用DNA和多肽制备生物医学和其他技术应用的人工酶的新方法，以及在许多不同技术领域应用的理解和操纵物质的新基本方法指明道路。它还可能有助于确定如何改变植物的自然光合作用，以便更好地满足人类的需求。
