研究发现分子振动可提高光合作用效率

科学日报报道，美国密西根大学的生物物理学研究团队，运用短脉冲光技术深入了光合作用的力学机制，揭示了分子振动在这一过程中的关键作用。这一发现可能为工程师们设计和制造更高效率的太阳能电池及能量储存系统提供重要启示。该研究也为关于光合作用高效机制的“量子生物学”辩论提供了新的有力证据。

尽管光合作用——这一将太阳光、水和二氧化碳转化为生物生存所需食物和氧气的生物化学过程——在地球上至关重要，但科学家们对其工作原理的理解仍然尚未完全透彻。密歇根大学的研究人员此次取得了重要突破，他们精准地确定了特定分子振动在电荷分离中的作用。

在光合作用的初步阶段，电荷分离是关键步骤，它涉及将电子从原子中踢出，将太阳能转化为化学能量，以供植物生长和生存所需。研究首席作者、密西根大学物理学和生物物理学副教授詹妮弗·奥格尔维指出：“无论是生物还是人工光合系统，其本质都是吸收光能并转化为电荷分离。在自然光合作用中，这种分离产生生物化学能量；而在人造系统中，我们期望通过电荷分离产生电能或其他可用能源，如生物燃料。”

这项研究成果公布在7月13日的《自然化学》期刊上，合作作者还包括密西根大学的查尔斯·约克姆荣誉教授。人眨眼的时长大约是1/3秒，而电荷分离所需的时间大约是前者的万亿分之一。为了捕捉如此快速的过程，奥格尔维和她的研究团队设计了一项超快激光脉冲实验。

这项实验利用精心计时的超短激光脉冲序列，能够实时观察光合作用的过程。这不仅有助于科学家们更深入地理解光合作用的机理，而且还可能为未来人造光合系统的设计和优化提供重要依据。通过深入研究分子振动在光合作用中的作用，科学家们朝着揭示光合作用秘密的目标迈出了重要的一步，也为未来的绿色能源开发开辟了新的道路。