1 太阳能光生物转化制氢

太阳能光生物转化制氢，是微藻利用太阳光分解水制氢的一种生物过程，是太阳能转化为化学能的一种理想途径。近年来，国内外学者围绕藻类光合产氢展开大量研究。2000年美国科学家Melis等通过两步法，使微藻放氧与放氢在时空上暂时分离，可逆性调控了光系统II的放氧活性，实现了莱茵衣藻在去硫厌氧光照条件下持续产氢，初步揭示了光合产氢过程存在着光合放氧与光合产氢的动态协同和细胞内复杂的代谢网络调控。2006年，文献报道了利用定点突变技术通过氨基酸替换，在保证莱茵衣藻氢化酶催化活性不变的情况下将其氧耐受性提高到4%。2007年，国外科学家又报道了尝试性地将两种梭菌Clostridium的氢化酶基因进行改组，并通过催化活性筛选获得了产氢活性明显提高的梭菌氢化酶突变体，表明通过分子生物学手段改变氢化酶的氨基酸序列来提高其氧耐受性是可行的。

与此同时，人工模拟生物酶催化剂研究也取得了长足的进步，实现了可见光驱动下催化质子还原产氢；利用定点突变技术通过氨基酸替换，其氧耐受性显著提高，促进了微藻连续放氢的效率。

2 太阳能光生物转化制油脂

太阳能生物转化制油脂，是太阳能转化为生物柴油原料的一种生物过程, 极具有开发潜力。目前的发展情况是近年来，高效太阳能转化制油脂的微藻引起工业界重视，我院植物所、化物所等单位也发现一些微藻和海藻具有太阳能转化制氢和制油脂的活性,显示开发潜力；国内中石化、中石油等企业对利用藻类制氢和制油脂较为重视。高光效微藻生产生物柴油具有不争地、品质好、可减排等优点。不与民争粮, 并可缓解温室气体排放; 微藻含油量高、生长周期短、培养不占用耕地，是生物柴油规模化生产最有前景的油料来源。

在以上研究的基础上，太阳能化学与生物转化制氢的总体研究思路如下（参考图1）。（1）化学催化转化：在已有基础上，设计和研制高效、稳定、经济的光催化材料与光催化体系，研究光催化材料的电荷分离、复合等复杂的微观过程，发展阻止光生电荷复合的新方法，提高量子效率。（2）化学模拟酶转化：从设计合成氢化酶结构与功能模型配合物出发,通过共价键合、自组装和非键合形式分别构建光活性金属酶模型配合物，研究其光催化放氧放氢性能和反应机理。（3）生物酶转化：揭示微藻光合作用水光解产氧与产氢的动态协同变化规律及分子调控原理，获得高效耐氧产氢藻株并在此基础上构建和优化微藻水光解制氢的技术体系。（4）利用超快与原位光谱和理论计算研究技术，揭示光化学与生物转化过程中的光/电转化与传输过程机理。（5）发展太阳能光催化制氢与燃料电池、CO2减排耦合技术，推动太阳能制氢在绿色能源领域的应用。

图1 太阳能化学转化制氢的研究思路