大自然母亲的工作在实验室中并不那么容易。在光合作用的开始阶段，叶绿素-一种负责植物绿色的分子-对光的吸收驱动了复杂的光合作用反应。在最终产品-碳水化合物(植物的食物)和氧气-产生之前，太阳能以电子和正电荷的形式在各​​个步骤的途径中传递。然而，由于自然光系统的组成部分在正常环境之外无法正常工作，布鲁克海文的科学家们正在研究可用于复制这些自然功能的其他类似物。以下是这些会谈的摘要，这些会谈是美国化学学会座谈会“与能源和可持续性有关的催化”的一部分。注意：

催化水中氧气的生成

为了复制自然光合作用中的重要步骤之一，布鲁克海文化学家詹姆斯·穆克曼和德米特里·波利安斯基已经转向含有钌等金属的分子复合物，这些金属可以驱使水转化为氧，质子和电子。这些钌催化剂将水分子保持在适当位置以产生氧键，而质子和电子在分子和催化剂之间转移，提供继续光合作用过程所需的电荷。在这个多步反应过程中，Polyansky尝试用不同种类的时间分辨光学光谱技术通过实验确定分子的稳定性和几何形状。Muckerman将实验室结果与基于理论的计算进行了比较。因为中间物种可能非常不稳定，它们可能存在的时间不到一毫秒，或千分之一秒。这使得捕捉分子的作用非常困难。“我们使用的催化剂不一定是用于任何实际光合装置的最终催化剂，”Muckerman说。“我们的工作目标是了解这些催化剂的工作原理，并阐明详细的机械步骤，以便我们设计出更好的催化剂。”

建立生物催化燃料生产催化循环

在光合作用线的下游，还有另一个分子的功能科学家正试图复制。就像装配线上的机械臂一样，一种称为NADP+/NADPH辅酶的特殊分子来回循环，拾取质子和两个电子并沉积它们(或它们的组合负离子，称为氢化物)，用于最终生产碳水化合物。该辅酶分子在自然光合作用中是可回收的，但在实验室中不能发挥其催化功能。科学家的目标是找到一种NADPH激发的催化剂，它将模仿大自然的周期性运动。“使用可见光，我们希望再生氢化物供体，同一分子将继续翻转，”Brookhaven化学家EtsukoFujita说。像Muckerman和Polyansky一样，藤田和她的同事也在使用基于钌的复合物作为其功能模型。已经证明这种人工复合物与NADP+/NADPH类似地起作用，在丙酮转化为异丙醇时充当两个电子和质子的来源。研究人员正在研究如何使用光产生氢化物供体，并计划在未来使用这种类型的人工催化剂来生产二氧化碳(或相关分子)的燃料。

找到一个“超临界”解CO2还原

“人工光合作用”的最后一步是将二氧化碳分子(CO2)转化为清洁，有用的燃料。能够将CO的催化剂2的燃料的强大的源--成一氧化碳(CO)已经存在。然而，“问题在于催化剂效率低且速度慢-在实际应用中使用效率还不够高，”Brookhaven化学家DavidGrills说。其中一个原因是用于溶解化学品的液体溶剂使与CO2反应的关键中间物质之一失活。所以烤架试图消除加压和加热所述CO此溶剂的需要2(它是在正常条件下的气体)，直到它具有液体的某些性质并且可以作为良好的溶剂。“现在，我们的溶剂是反应物，没有其他任何东西妨碍了，”格里尔斯说。除了加快反应时间之外，可以容易地调节这种所谓的超临界CO2的物理性质以改变反应，并且避免使用有毒有机溶剂。

Brookhaven的研究资金来自美国能源部的化学科学计划(光化学和辐射研究)和氢能计划，该计划实施了总统的氢燃料计划，该计划于2003年开始，旨在赞助氢和燃料的研究，开发和示范。细胞技术。具体来说，这笔资金来自美国能源部的基础能源科学办公室。合作者包括休斯顿大学，日本分子科学研究所和英国诺丁汉大学的科学家。