由于化石能源的緊缺和環境污染問題，生物乙醇，生物柴油等生物質能源越來越多地受到人們的青睞。然而之前的生物質能研究至少存在以下2個問題：
1）基于有機物發酵工藝，會產生大量CO2溫室氣體；
2）基于光合作用細菌，需要消耗大量不易存儲的H2來供應電子；
3）產物選擇性不高，后期分離不易。
有鑒于此，楊培東教授課題組發明了一種基于CdS-細菌復合體系的半人工光合作用，直接將太陽能和CO2轉化為高純度乙酸鹽。
圖1. CdS-細菌光合作用原理示意圖
研究人員將Cd2+前驅體和半胱氨酸加入到不具備光合作用的乙酸生產菌（Moorella thermoacetica）生長液中，細菌表面會沉淀生長CdS半導體納米顆粒，得到一種生物-無機的復合體系。
在太陽光照射下，CdS納米顆粒首先高效捕獲光能并將電子傳遞給細菌；然后，細菌高選擇性（>90%）地催化CO2轉化成醋酸鹽。在黑暗條件下，醋酸鹽又可以作為養分供給這種細菌。在模擬白天-黑夜的亮-暗條件下循環數天仍然具有較好的光合作用效果！
圖2. 細菌-CdS反應體系示意圖
總之，生物體系的催化劑可以確保光合作用的高選擇性、低成本、自修復的優點；人工半導體材料又可以確保高效捕獲光能。這種人工-生物復合體系為人工光合作用帶來了新的曙光，并為生物體系等諸多領域的研究提供了借鑒！
圖3. 細菌-CdS復合物電鏡表征
圖4. 細菌-CdS復合物光合作用性能
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2. Volker Müller. Microbes in a knight's armor. Science, 2016, 351, 34.
