諾貝爾獎獲得者根岸教授的建議

這背后有兩個因素。第一個因素是2010年榮獲諾貝爾化學獎的美國普渡大學特聘教授根岸英一的建議。

人工光合作用原本是日本長期領(lǐng)先于世界的領(lǐng)域。1972年，現(xiàn)任東京理科大學校長藤島昭等人在英國的科學雜志《自然》上發(fā)表了“本多藤島效應(yīng)”，在全世界率先驗證了人工光合作用的可行性。2006年～2010年，在該領(lǐng)域日本申請的專利數(shù)量也力壓亞軍美國和季軍中國，榮登榜首。

但進入2011年，美國政府宣布，在5年里向人工光合作用研究投入約1億美元以上的預(yù)算。在加利福尼亞州建設(shè)了大型研究基地“人工光合作用聯(lián)合中心”。而且，中國、歐盟、韓國也在快速增加全國規(guī)模的研究項目。

世界各地的動向令根岸產(chǎn)生了強烈的危機感，主張“人工光合作用才是日本應(yīng)當領(lǐng)先于世界實現(xiàn)實用化的領(lǐng)域”，大力強調(diào)有必要在國家主導下，立即建立產(chǎn)官學合作的“全日本”體制。

對于應(yīng)當由國家主導開展項目的理由，井上作出了以下解釋。

“人工光合作用如果實現(xiàn)實用化，將成為基礎(chǔ)非常廣泛的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。因此，企業(yè)間的合作必不可少。這是必須以長遠眼光進行發(fā)展的領(lǐng)域，絕非一家企業(yè)可以解決的課題。國家需要發(fā)揮旗手的作用，在尋求社會理解的同時，作出健全的判斷，并以此為基礎(chǔ)進行的引導�！�

日本研究者解開光合作用的最大謎題

第二個因素是在2011年，日本科學家解開了困擾眾多科學家200多年的光合作用之謎。

植物的光合作用大致分成兩個階段。首先是使用太陽光能，進行從水中奪走電子的“氧化反應(yīng)”，然后是進行利用電子還原二氧化碳，制造有機物的“還原反應(yīng)”。第一階段利用陽光，稱為“光反應(yīng)”，第二階段不利用陽光，稱為“暗反應(yīng)”。

過去的研究已經(jīng)證實，在暗反應(yīng)中，光反應(yīng)從水中奪取電子時產(chǎn)生的物質(zhì)起到“試劑”的作用，酶作為“催化劑”，參與二氧化碳還原和有機物生成。催化劑是指令化學反應(yīng)容易產(chǎn)生的物質(zhì)。無論是在自然光合作用，還是在人工光合作用中，都發(fā)揮著極其重要的作用。

而在光反應(yīng)中，植物葉片“類囊體膜”中的葉綠素吸收太陽光能，也就是光子，利用光子奪取水中的電子。但對于最初吸收光子，從水中奪取電子，發(fā)揮著這一極其重要作用的反應(yīng)中心內(nèi)的物質(zhì)，其詳細的分子結(jié)構(gòu)卻尚不清楚。

2011年，日本大阪市立大學教授神谷信夫和岡山大學教授沈健仁等人的科研小組，在全世界率先解開了上述分子結(jié)構(gòu)之謎。他們成功使反應(yīng)中心結(jié)晶，利用全球最高水平的分析裝置，以1.9埃（1埃為100億分之1米）的空間分辨率，清晰地觀察到了分子結(jié)構(gòu)。

至此，光合作用的全貌終于水落石出。

現(xiàn)在，科學家們正在研究反應(yīng)中心從水中奪取電子的詳細原理。

其實，人工光合作用研究的最大課題也是“如何從極其穩(wěn)定的水中奪取電子”。這是人工光合作用研究進展不暢的最大原因。

正因為如此，通過利用神谷教授和沈教授等人的研究成果，人工光合作用的研究或有望實現(xiàn)巨大進展，有關(guān)方面對此寄予厚望。大阪市立大學也在2013年6月，新設(shè)立了人工光合作用研究中心。開始全力推進人工光合作用研究。

井上說：“我希望日本在全球率先實現(xiàn)人工光合作用，并將該技術(shù)推廣到全世界。利用這項技術(shù)，讓世界變得幸福，同時日本也可以享受知識產(chǎn)權(quán)帶來的利益�！保ㄗ髡撸荷教锞妹�，日經(jīng)能源環(huán)境網(wǎng) 供稿）