光年低语第63章 萨米尔合成人工光合酶

--- 广寒宫基地的扩张野心与生存现实之间横亘着一条日益扩大的沟壑——“昆仑”工业园的蓝图宏伟氦-3精炼厂的重建计划紧迫能源配给制的阴影尚未散去而一个更为基础、更为致命的问题正随着基地人口的缓慢增长和农业舱扩建速度的滞后悄然浮出水面：食物的压力。

穹顶下的垂直农业舱是人类在月球上创造的绿色奇迹但其本质依然是一个极其耗能、且效率受限于地球作物光合作用本身的过程。

人造光照消耗着宝贵的电力作物生长周期固定产量提升触及瓶颈。

每一次能源紧张首先被削减的就是农业舱的非核心光照和环控功率直接反映在收成的减少上。

基地的食物供应从未真正摆脱“紧平衡”的状态储备粮库的规模始终无法提升到令人安心的水平。

寻求根本的解决之道就必须跳出“模拟地球环境”的思维定式。

萨米尔?贾马尔这位习惯于从分子和材料层面思考问题的工程师将目光投向了光合作用本身——这个自然界将光能转化为化学能的终极魔法。

“我们需要一种效率更高、对环境依赖更小、甚至能直接利用月球资源的光合作用版本。

”他在项目立项会上阐述的观点堪称石破天惊“不是种植植物而是‘种植’食物本身。

我们需要人工光合酶。

” 自然界的光合作用依赖于一系列复杂而精妙的蛋白质酶尤其是光系统II和I它们能在常温常压下利用特定波长的光能高效地分解水、固定二氧化碳、合成碳水化合物。

模仿甚至超越这一过程是化学和材料学领域的圣杯。

萨米尔的思路并非生物学家的基因编辑而是彻头彻尾的材料合成。

他 aim to （旨在）创造一种非生物的、稳定的、可大规模生产的纳米结构催化剂能够模拟天然光合酶的核心功能甚至优化它——比如能够利用月球上更丰富的可见光甚至部分红外光光谱能够耐受更极端的温度和辐射环境并且其反应产物可以直接是易于分离的糖类或更基础的有机分子原料。

实验室再次变成了一个奇特的、混合了化学、纳米技术和材料科学的炼金术工坊。

工作台上昂贵的生化试剂与月壤提取物并排放置高速离心机嗡嗡作响旁边是用于合成纳米材料的激光沉积设备。

挑战是前所未有的。

第一个难关是“捕光”。

天然光合酶拥有精心排列的色素分子（如叶绿素）来捕获光能。

萨米尔团队尝试了无数种人工合成的量子点、稀土掺杂荧光材料和新型聚合物试图找到效率最高、最稳定的光捕获系统并能将能量有效传递到反应中心。

第二个也是最大的难关是“水分解”。

这是光合作用最关键、也是最耗能的一步（析氧反应OER）。

天然酶使用一个复杂的锰-钙簇作为催化中心。

萨米尔需要找到一种廉价、高效、稳定的人工替代品。

他们测试了数百种金属氧化物、硫化物、磷化物的纳米结构评估其催化活性和稳定性。

进展缓慢得令人绝望。

大多数合成材料要么催化效率低下要么在实验条件下迅速失活要么需要昂贵的贵金属作为催化剂完全不具备大规模应用的可能。

失败的催化剂样本堆满了实验室的角落记录着一次又一次的挫折。

转机再次来自月球的“馈赠”。

一位研究员在测试一种由月壤中富含的钛铁矿和少量极区水冰沉积物中提取的特定稀土元素合成的复合纳米材料时注意到了一个反常的现象：这种材料在模拟月面光照（更强紫外线、不同光谱分布）条件下其催化水分解的效率竟然比在地球光谱下高出不少！ “是紫外线！月球表面的紫外线强度远高于地表！它可能激活了材料中某些通常不活跃的催化位点！”萨米尔敏锐地抓住了关键“我们一直在用地球的思维思考月球的问题！我们应该设计一种专门为月球光照环境优化的光合材料！” 思路彻底扭转。

他们不再追求在地球光谱下的普适性而是专注于利用月球独特的光照条件。

团队开始有针对性地筛选和设计那些能被紫外线有效激活、或者本身就在紫外-可见光区有宽谱吸收能力的材料。

经过无数次迭代一种代号“月华”的复合纳米催化剂诞生了。

它由多层结构组成：最外层是经过特殊处理的、能高效捕获并转化紫外线和可见光的二氧化钛纳米管阵列；中间层是掺杂了稀土元素的、具有优异电子传输特性的石墨烯基材料；最核心则是一种由镍、铁、钼的氧化物构成的、高度分散的纳米催化簇其结构与天然酶的锰簇不同但在月球紫外光照激发下对水分解表现出惊人的活性和稳定性。

实验台上一个简单的反应器里注入含有溶解二氧化碳的水溶液在模拟月球光照下“月华”催化剂粉末开始工作。

肉眼可见的微小的氧气气泡从电极一侧析出另一侧则持续地将二氧化碳还原通过一系列复杂的反应最终生成简单的糖分子溶液！ 小主这个章节后面还有哦请点击下一页继续阅读后面更精彩！。

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