什么是通过纳米材料和生物催化剂的结合来模拟光合作用？

新华社北京65438+10月18日电日本科学家利用纳米材料设计出一种新型催化剂，可以有效催化人工模拟自然光合作用的关键步骤——利用太阳光分解水，有望提高制氢效率，降低成本。

低成本生产氢气是实现“氢气经济”的基础。理想的方案之一是模拟植物光合作用的光反应阶段，借助太阳光分解水分。目前人工分解水的技术往往需要消耗额外的能源等原材料，或者需要高能光，无法利用太阳中的可见光，需要投入很高的成本。

近日，日本大阪大学发布新闻稿称，其研究人员将超薄黑磷和钒酸铋结合起来，设计出一种新的催化剂，可以有效地利用阳光分解水。相关论文发表在新一期德国应用化学杂志国际版上。

黑磷是磷的单晶。超薄黑磷具有优异的半导体性能，是二维材料研究领域的热点。它具有很强的吸光性，可以吸收可见光谱中所有波长的光。钒酸铋是一种黄色无机化合物，其光催化性能近年来备受关注。

研究人员表示，黑磷对水的还原结合钒酸铋对水的氧化，可以在可见光的作用下快速传输电子，将水分解为氢气和氧气，而不消耗其他原料。可见光区约占太阳辐射总能量的一半，利用它可以大大提高光催化效率。

使用的能量不同。前者以二氧化碳为主要碳源，以无机含氮化合物为氮源合成细胞物质，通过氧化外界无机物获得生长所需的能量。后者利用阳光、水和二氧化碳在叶绿体上合成有机物。

这两种反应的生命载体是不同的，前者有些是低级微生物；后者以高档绿植为主，也可使用少量低档微生物和细菌。

这两个反应需要不同的原料条件和产物。前者以二氧化碳为主要碳源，以无机含氮化合物为氮源合成细胞物质，后者是利用光合色素将二氧化碳(或硫化氢)和水转化为有机物并释放氧气(或氢气)的生化过程。