楊培東，頂尖納米材料科學家，美國藝術與科學院院士，2014年以納米導體激光器入圍諾貝爾物理學獎。最近，以楊培東為代表的納米科學家正試圖將自然和科技進行完美的結合，將太陽光轉變為液體燃料，也就是像植物一樣通過“光合作用”來獲取人們社會所需要而日益枯竭的能源。
楊培東 教授
進行光合作用的系統，楊培東主要是基于納米線材料。他們的策略之一是通過納米線將太陽光轉變為電子，供給細菌用于將CO2和水轉化為液體燃料。第二種策略也是基于納米線，通過納米線產生的電能將水裂解為氫氣和氧氣，供給細菌用于H2和CO2反應合成甲烷。
圖1. 納米線和細菌的完美集合！
記者：目前已經能夠將太陽能轉化為電能，而且比較容易，當時轉化為燃料似乎還很遙遠，為什么要做這么艱難的事情？
楊培東：太陽能電池能量儲存是個難題，也許有一天，科學家會想到個很好的辦法來保存太陽能電池得到的光電能量。但是光合作用能夠一步解決能量轉化和儲存的問題。它能將太陽能一次性轉化并存儲在有機分子的化學鍵中。
記者：這種半自然半人工的光合作用是怎么想出來的？
楊培東：故事還得從十年前說起。當時伯克利搭建了一整套的太陽能-燃料轉化系統，準備用于模擬自然界的光合作用。我們利用半導體將太陽能轉化為電能，然后將電能用來激活2種催化劑材料。一種催化劑吧CO2還原或者說給電子，另一種催化劑從水中拿走電子或者說氧化。這就是自然界的光合作用過程。當時的關鍵問題就在于CO2催化劑效率太低。
大約五年前，我們決定利用自然的力量來催化CO2，譬如一些細菌。這些細菌對CO2具有極高的催化能力。
所以，整體上來說，我們是利用無機納米材料來捕獲太陽能并產生電子，然后將電能供給給細菌，利用細菌將CO2轉化為醋酸鹽，接著我們又利用另一種細菌將醋酸鹽轉化為更加復雜的化合物。
圖2. 人工光合作用策略一
記者：這種“光合作用”能夠商業化嗎？
楊培東：完全可以放大，但是轉化效率還要提高5-10%我們才會將其推向市場。
記者：聽說這種“光合作用”效率很低！
楊培東：實際上，自然界綠色植物的光合作用效率本身就很低，只有不到1%。確實不如目前商業太陽能電池20%甚至更高的效率，但是太陽能電池能量不能存儲。所以，我們將通過更好的技術和生物學，實現和自然界光合作用同樣的轉化效率，甚至更高！
圖3. 人工光合作用策略二
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