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摘要 : “自然光合作用中，吸收阳光的能量产生给能的电荷流，在叶绿体不同分离区域执行化学反应，”伯克利实验室材料科学部研究人员将纳米线形成的纳米异质结构集成为一个功能系统，模拟叶绿体的一体化功能，为未来提供更好的太阳能燃料转换效率的概念蓝图。
&自然中，吸收阳光的能量产生给能的电荷流，在叶绿体不同分离区域执行化学反应，&伯克利实验室材料科学部研究人员将纳米线形成的纳米异质结构集成为一个功能系统，模拟叶绿体的一体化功能，为未来提供更好的太阳能燃料转换效率的概念蓝图。
Schematic shows TiO2 nanowires (blue) grown on the upper half of a Si nanowire (gray) and the two absorbing different regions of the solar spectrum. Insets display photoexcited electronhole pairs separated at the semiconductor-electrolyte interf to carry out water splitting with the help of co-catalysts (yellow and gray dots).
紧跟现在大气达到至少三百万年来的最高水平这一发人深省的消息之后，已经实现发展碳中性可再生能源的重要进步。美国能源部(DOE)劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的科学家已报道了用于人工光合作用的第一个完全集成纳米系统。而&人工叶&是这样一个系统的流行术语，这一成功的关键是一个&人造森林。&
&跟绿色植物进行光合作用的叶绿体相似，我们的人工光合系统是由两个半导体光吸收器、电荷传输界面层以及空间分离助催化剂组成，&伯克利材料科学部化学家杨培东(音译)说。他领导这项研究。&为促进系统中太阳能水分解，我们合成了树状纳米线异质结构，包括硅材料树干和二氧化钛树枝。视觉上，这些纳米结构阵列非常类似于人工林。&
杨也任职于加利福尼亚大学化学系和材料科学与工程学院系，是在《Nano Letters》期刊上发表该文的通讯作者。本文的标题是&一个全集成直接光解水半导体纳米线系统&。合著者是Chong Liu、Jinyao Tang、Hao Ming Chen和Bin Liu。
太阳能技术是碳中性可再生能源的理想解决方案-一小时全球阳光等值于足够满足所有人一年需要的能量。直接将太阳能转化为化学燃料的人工光合作用被认为是最有前途的太阳能技术。人工光合作用的主要挑战是产生足以与化石燃料相竞争的廉价氢。迎接这一挑战，需要一个能够有效地吸收太阳光并产生电荷流驱动单个水减少和氧化半反应的集成系统。
当阳光被叶绿体的色素分子吸收，激发电子产生，通过运输链从分子到分子，直到最终带动二氧化碳转化成碳水化合物糖的转化。因为运动模式类似于字母Z的侧面，本电子传递链被称为&Z型&。杨及其同事也在他们的系统中使用Z型，他们只利用两个地球上丰富而稳定的半导体硅和钛的氧化物-负载助以及它们之间插入的一个欧姆接触器。硅和二氧化钛分别用于产生氢的阴极和氧的阳极。树形结构用来最大限度地提高系统性能。像一个真正森林的树木，人工纳米线树密集排列抑制反射太阳光，提供更多表面积进行燃料生产反应。
&硅和二氧化钛生成光激发电子-孔对，吸收太阳光谱的不同区域，&杨说。&硅纳米线光激发电子迁移到表面降低质子产生氢气，而二氧化钛纳米线光激发孔氧化水产生氧。来自两个半导体的多数电荷流在欧姆接触器重组，完成类似于自然光合作用中的Z型传递。&
在模拟太阳光下，这种集成纳米线人工光合作用系统实现了0.12%太阳能-燃料转换效率。虽然与一些自然光转换效率有可比性，但这个比率必须大加改善才能用于商业用途。然而，该系统的模块化设计允许很便捷地纳入新发现的单个组件以提高其性能。例如，杨指出，系统硅阴极和二氧化钛阳极的输出电流不匹配，阳极较低的光电流输出限制了系统的整体性能。
&我们有一些关于发展比二氧化钛性能更好的稳定光阳极的好想法，&杨说。&我们确信，在不久的将来，我们能够取代二氧化钛阳极，提高能量转换效率到百分之几。&(编译：中国科学院成都生物研究所王芋华，王海燕)
原文摘要：
Chong Liu, Jinyao Tang, Hao Ming Chen, Bin Liu, and Peidong Yang
Abstract Artificial photosynthesis, the biomimetic approach to converting sunlight&s energy directly into chemical fuels, aims to imitate nature by using an integrated system of nanostructures, each of which plays a specific role in the sunlight-to-fuel conversion process. Here we describe a fully integrated system of nanoscale photoelectrodes assembled from inorganic nanowires for direct solar water splitting. Similar to the photosynthetic system in a chloroplast, the artificial photosynthetic system comprises two semiconductor light absorbers with large surface area, an interfacial layer for charge transport, and spatially separated cocatalysts to facilitate the water reduction and oxidation. Under simulated sunlight, a 0.12% solar-to-fuel conversion efficiency is achieved, which is comparable to that of natural photosynthesis. The result demonstrates the possibility of integrating material components into a functional system that mimics the nanoscopic integration in chloroplasts. It also provides a conceptual blueprint of modular design that allows incorporation of newly discovered components for improved performance.
作者：王芋华，王海燕 点击：次
热门文章TOP划时代！杨培东突破人工光合作用 - 今日头条(TouTiao.org)
4月17日，中国科大校友杨培东（8812）团队在人工光合作用取得划时代（Game-Changing）的科研成果，有望解决由二氧化碳引起的全球气候变暖的这一科学难题。该项研究成果在线发表在日的《纳米快报》(Nano Letters.)上，论文题为《Nanowire–Bacteria Hybrids for Unassisted Solar Carbon Dioxide Fixation to Value-Added Chemicals》。图中左一为杨培东温室效应气体二氧化碳的含量至少已经达到了过去300万年里的最高值。2013年，温室气体的排放达到了历史新高。二氧化碳排放量越多，地球越热。但该难题可能最终被攻克——美国能源部的劳伦斯伯克利实验室和加州大学伯克利分校的科学家找到了解决方案。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。“我们相信，这是人工光合作用的革命性飞跃！”该研究的主要作者杨培东说。“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。杨培东介绍：他们正研发第二代系统，太阳能-化学能转化率为3%。如果有一天用划算的成本，将转化率提升到10%，这项技术就能商业化了。杨培东，1971年8月出生在苏州市吴县蠡口乡，1988年从苏州木渎中学进入中国科学技术大学应用化学系，曾荣获本科生最高荣誉奖——郭沫若奖学金。1993年赴美国哈佛大学求学，1997年获化学博士学位。1999年至今任美国加州大学伯克利分校化学系助理教授、副教授、教授。2011年杨培东入选汤森路透社“全球顶尖100名化学家”榜单，居第10名。同时入选“顶尖100名材料科学家”榜单第一名。日，当选美国人文与科学院院士。日，兼任上海科技大学物质科学与技术学院院长。中国科大新创校友基金会联系数位纳米领域的杰出校友学者，了解他们如何评价该成果科学意义。 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所研究员陈立桅（8800，哈佛博士）称赞“是非常出色的突破！在本已停滞不前的难题面前，通过学科交叉，借用微生物的力量获得突破，实际上不仅体现了培东个人的科研能力，还体现了他的leadership！” 斯坦福大学材料学副教授崔屹（9312，哈佛博士）认为“这是一项先锋性的工作，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". ）新闻来源与相关链接：新闻来自中国科学技术大学新创校友基金会。转载须说明出处，部分内容根据以下英文报道编译Artificial Photosynthesis May Solve Carbon Emission Problem。其他英文报道请见Artificial Photosynthesis Advance Hailed As Major Breakthrough。劳伦斯伯克利实验室关于此项科研成果的报道《Major Advance in Artificial Photosynthesis Poses Win/Win for the Environment》。译者为实习生李筱玉（中国科学院大学）、刘志峰（9500），照片来自互联网（包括以上英文网站）。译文并未与杨培东教授校对，如有不准确处由编辑负责。
人家就在你这里读了个本科，美国研究团队和你屁关系没有，硬要把自己往里头挤，科大，有点丢人了。不知杨教授现在的国籍是何，估计诺贝尔有戏
原来是米国人！
这个美国人很厉害的
真尼玛搞笑，在国外出成绩，非得扯上科大校友这几个字
看到第一句科大校友我就笑了，人家团队研究的，你力也没发，管你屁事
[赞] 祝贺培东！杨培东的成就是@中国科学技术大学 校友在纳米研究领域群星璀璨的一个缩影！
靠，我还以为是中国呢
尼妈啊！不就一个二氧化碳进行化学反应吗？说得跟天上有地下没似的！
人才啊 看来学高科技还是要去米国
向中国的华裔科学家们致敬！
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大连理工大学科研特区“人工光合作用研究所”研究人员招聘启事
时间： 17:12
作者:人才招聘
(Faculty positions available in DUT on solar cells and solar fuels) Openings of more than 15 faculty positions at the levels of associate professor and full professor are now available in the recently established Institute of Artificial Photosynthesis (IAP), Dalian University of Technology (DUT), China. The research areas of these open positions cover quantum dots sensitized solar cells, organic polymer solar cells, organic-inorganic hybrid (perovskite) solar cells, catalytic water oxidation, catalytic proton reduction, catalytic CO2 reduction, functional devices for light driven total water splitting, new type batteries, light to heat conversion at molecular level. Qualified candidates for these open positions should have obtained PhD degree, postdoc research experience, and well documented research achievements in related research area. DUT will provide for the positions in IAP highly competitive salaries at international levels. Applications should be submitted by email to Lina Duan (duanln@), indicating in the email subject with “IAP+positions+applicant’s name”. All applications should contain information of related interested positions in certain areas mentioned above together with their CVs, publications lists and potential reference persons with corresponding addresses. Research areas Quantum dots sensitized solar cells, organic polymer solar cells, organic-inorganic hybrid (perovskite) solar cells, catalytic water oxidation, catalytic proton reduction, catalytic CO2 reduction, functional devices for light driven total water splitting, new type batteries, light to heat conversion at molecular level. Positions Available
Requirements 1.Faculty positions (more than 15 associate professors and full professors) vApplicants should have obtained PhD degree. vApplicants should have postdoc research experience in related areas. vApplicants should also have well documented research achievements in related research area. vApplicants must be under the age of 35 for associate professor, and 40 for full professor. vDUT will provide for the positions in IAP highly competitive salaries at international levels. 2.Postdoc position (1 person) vApplicants must be holders of PhD Degree from related disciplines, from the top 100 universities in the world. vApplicants shall have outstanding research achievements. vApplicants must be under the age of 35. vNon-native English speakers should have an excellent communication ability in Chinese or English. vApplicants must be engaged in full-time research no less than 20 months for two years period. vApplicants shall not be sponsored by “The International Exchange Funding Scheme for Postdoc Fellow Introducing Program” before. vThe deadline for this position is
Benefits A highly competitive salary at international levels will be offered by DUT for the positions. Contact information Please sent your applications to Lina Duan (duanln@), indicating in the email subject with “IAP+positions+applicant’s name”. All applications should contain information of related interested positions in certain areas mentioned above together with their CVs, publications lists and potential reference persons with corresponding addresses. For more information, please visit our website: http://finechem./licheng/cn/index.htm 作为的科研特区，大连理工大学“人工光合作用研究所” 以可再生能源转换及储存等国家重大战略需求为导向，依托大连理工大学化工与环境生命学部，在分子层面上开展高效低成本太阳能电池的研究、太阳能光解水制氢分子器件的研究、新型储能材料的研究以及二氧化碳还原制备燃料等方面的研究工作。该研究所突出学科交叉、产学研结合、成果转化，建议、组织申请、承担实施国家级重大科技项目，与国内外该领域的研究机构开展实质性科研合作，推动分子水平太阳能转换的基础研究及技术开发在我国的发展，培养可再生能源技术领域高水平科研人才。根据大连理工大学“人工光合作用研究所”的发展需要，现向国内外公开招聘以下研究领域教授或副教授共15名： 一、研究领域 光驱动或电化学驱动催化水氧化及氧/氧键形成机理、光驱动或电化学驱动催化还原质子制氢及氢/氢键形成机理、光驱动或电化学驱动二氧化碳还原催化剂研发、太阳能驱动光解水制氢分子器件的组装(纳米材料、催化剂等光阳极或光阴极)、新型染料敏化或量子点敏化太阳能电池、有机高分子太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、新型储能材料(锂离子电池)、分子水平光/热转换材料、非商品实验设备及实验平台(太阳能电池及光解水制氢分子器件放大设备)自主设计、建造(workshop硬件及软件)。 二、任职条件 符合条件的候选人应当在如下某个或某几个领域有雄厚的研究基础：金属有机化学、有机及无机化学、分子催化、电化学、光-电化学、光化学及光物理、纳米材料化学。应当具有博士学位和博士后工作经历，正在围绕以上某个研究方向从事前沿探索工作。应聘者年龄副教授一般情况下不超过35岁、教授一般情况下不超过40岁。 三、工作和生活待遇参照学校科研特区的有关规定，大连理工大学“人工光合作用研究所”对受聘的科研人员实行具有国际竞争力的年薪制，具体数额应聘者与学校面议确定。 四、申请者需提供个人材料 1、应聘者个人基本信息（包括姓名、性别、出生年月、婚姻状况、专业技术职务、最高学历、办公联系电话、手机、传真和电子邮件等）； 2、个人学习、研究、工作经历； 3、目前从事的研究工作； 4、主要学术成就（著作、论文、科研项目、获奖成果等清单）； 5、学历、学位证书复印件； 请将上述材料通过电子邮件发至大连理工大学 duanln@信箱。邮件标题为“应聘人工光合作用研究所+职位+姓名”。 联系人：段丽娜 电 话： 1【最新消息】
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给网易提意见太阳能水分解人工林：第一个全集成人工光合作用纳米系统
作者： Chong Liu等
文章来源：《Nano Letters》
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Schematic shows TiO2 nanowires (blue) grown on the upper half of a Si nanowire (gray) and the two absorbing different regions of the solar spectrum. Insets display photoexcited electronhole pairs separated at the semiconductor-electrolyte interface to carry out water splitting with the help of co-catalysts (yellow and gray dots).
紧跟现在大气二氧化碳达到至少三百万年来的最高水平这一发人深省的消息之后，已经实现发展碳中性可再生能源的重要进步。美国能源部（DOE）劳伦斯伯克利国家实验室（伯克利实验室）的科学家已报道了用于人工光合作用的第一个完全集成纳米系统。而“人工叶”是这样一个系统的流行术语，这一成功的关键是一个“人造森林。”
“跟绿色植物进行光合作用的叶绿体相似，我们的人工光合系统是由两个半导体光吸收器、电荷传输界面层以及空间分离助催化剂组成，”伯克利实验室材料科学部化学家杨培东（音译）说。他领导这项研究。“为促进系统中太阳能水分解，我们合成了树状纳米线异质结构，包括硅材料树干和二氧化钛树枝。视觉上，这些纳米结构阵列非常类似于人工林。”
杨也任职于加利福尼亚大学化学系和伯克利材料科学与工程学院系，是在《Nano Letters》期刊上发表该文的通讯作者。本文的标题是“一个全集成直接光解水半导体纳米线系统”。合著者是Chong Liu、Jinyao Tang、Hao Ming Chen和Bin Liu。
太阳能技术是碳中性可再生能源的理想解决方案-一小时全球阳光等值于足够满足所有人一年需要的能量。直接将太阳能转化为化学燃料的人工光合作用被认为是最有前途的太阳能技术。人工光合作用的主要挑战是产生足以与化石燃料相竞争的廉价氢。迎接这一挑战，需要一个能够有效地吸收太阳光并产生电荷流驱动单个水减少和氧化半反应的集成系统。
“自然光合作用中，吸收阳光的能量产生给能的电荷流，在叶绿体不同分离区域执行化学反应，”杨说。“我们将纳米线形成的纳米异质结构集成为一个功能系统，模拟叶绿体的一体化功能，为未来提供更好的太阳能燃料转换效率的概念蓝图。”
当阳光被叶绿体的色素分子吸收，激发电子产生，通过运输链从分子到分子，直到最终带动二氧化碳转化成碳水化合物糖的转化。因为运动模式类似于字母Z的侧面，本电子传递链被称为“Z型”。杨及其同事也在他们的系统中使用Z型，他们只利用两个地球上丰富而稳定的半导体硅和钛的氧化物-负载助催化剂以及它们之间插入的一个欧姆接触器。硅和二氧化钛分别用于产生氢的阴极和氧的阳极。树形结构用来最大限度地提高系统性能。像一个真正森林的树木，人工纳米线树密集排列抑制反射太阳光，提供更多表面积进行燃料生产反应。
“硅和二氧化钛生成光激发电子-孔对，吸收太阳光谱的不同区域，”杨说。“硅纳米线光激发电子迁移到表面降低质子产生氢气，而二氧化钛纳米线光激发孔氧化水产生氧分子。来自两个半导体的多数电荷流在欧姆接触器重组，完成类似于自然光合作用中的Z型传递。”
在模拟太阳光下，这种集成纳米线人工光合作用系统实现了0.12%太阳能-燃料转换效率。虽然与一些自然光转换效率有可比性，但这个比率必须大加改善才能用于商业用途。然而，该系统的模块化设计允许很便捷地纳入新发现的单个组件以提高其性能。例如，杨指出，系统硅阴极和二氧化钛阳极的输出电流不匹配，阳极较低的光电流输出限制了系统的整体性能。
“我们有一些关于发展比二氧化钛性能更好的稳定光阳极的好想法，”杨说。“我们确信，在不久的将来，我们能够取代二氧化钛阳极，提高能量转换效率到百分之几。”（编译：中国科学院成都生物研究所王芋华，王海燕）
A Fully Integrated Nanosystem of Semiconductor Nanowires for
&Direct Solar Water Splitting
Abstract&Artificial photosynthesis, the biomimetic approach to converting sunlight’s energy directly into chemical fuels, aims to imitate nature by using an integrated system of nanostructures, each of which plays a specific role in the sunlight-to-fuel conversion process. Here we describe a fully integrated system of nanoscale photoelectrodes assembled from inorganic nanowires for direct solar water splitting. Similar to the photosynthetic system in a chloroplast, the artificial photosynthetic system comprises two semiconductor light absorbers with large surface area, an interfacial layer for charge transport, and spatially separated cocatalysts to facilitate the water reduction and oxidation. Under simulated sunlight, a 0.12% solar-to-fuel conversion efficiency is achieved, which is comparable to that of natural photosynthesis. The result demonstrates the possibility of integrating material components into a functional system that mimics the nanoscopic integration in chloroplasts. It also provides a conceptual blueprint of modular design that allows incorporation of newly discovered components for improved performance.
原文链接：http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nl401615t
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