杨培东院士团队：要正在太空，使用CO₂造糖！获美国宇航局156万奖金
由于对纳米光子学的奉献，包罗研制出第一个纳米导线激光器，他43岁得到汤森路透团体公布的猜测2014年诺贝尔奖的“引文桂冠奖”。虽最终遗憾与诺奖擦肩而过，但他在纳米质料范畴的奉献仍充足深远。他是谁呢？国际顶尖的纳米质料学和纳米化学专家——杨培东！
杨培东传授，美国人文与科学院院士与国度科学院院士。已经在国际顶级期刊如Science, Nature, Nature Materials, Nature Nanotechnology, Nature Photonics, PNAS 等颁发了300多篇高程度论文，应邀作大会/特邀陈诉凌驾300次，H因子高达194，总引用次数凌驾160000次，篇均被引用次数凌驾250次，造就了50多名博士生和65多名博士后; 拥有专利35项，先后创建了三个公司: Nanosys Inc; Alphabet Energy Inc; Infinity Innovation Inc.。
据NASA官网消息，杨培东团队（SSwEET团队——Space-Sugar with Electrochemical Energy Technology）获NASA CO2 转化挑衅赛最高奖，得到24.2万美金奖金，约合人民币156.16万奖金：要在太空，使用CO2制糖！
【CO2转化为糖的设计方案】
众所周知，太空探究已参加浩繁国度的科学和技能打算。然而，将货品运入太空的奋发本钱是太空探究的重要停滞。值得细致的是，随着人类使命时间的增添，对斲丧品的需求也在增添。别的，通往火星等迢遥所在的脆弱补给线很简单被停止。是以，从完全依靠预先摆设或再次提供的一次性斲丧品存储的使命过渡到可连续生产和接纳斲丧品的使命至关紧张。此中原位资源使用的要领为将来的探究者在目标地情况中利用现成的资源制备抱负的产物刻画了蓝图。
在已往的八年时间里，杨培东团队一向在研究一种联合细菌和纳米线的混淆体系，该体系可以捕捉阳光的能量，将二氧化碳和水转化为有机分子，该体系的事情道理雷同于光互助用。植物天然使用光互助用将二氧化碳和水转化为碳化合物，重要是糖和碳水化合物。然而，植物的服从相称低，通常将不到百分之二的太阳能转化为碳化合物。杨的体系可与最能将二氧化碳转化为糖的植物甘蔗（服从为4-5%）相媲美。
【NASA挑衅赛（非生物历程）：使用CO2来制造糖】
NASA的比赛指定了一种非生物历程来制造糖，由于目的是将糖——抱负情形下是葡萄糖，一种具有六个碳的糖——喂给微生物，以便太空探究者或行星定居者可以生物制造有机分子，如食品、生物塑料和药品。
受生命劈头的要害化学反响（巴特勒夫反响：利用石灰将差别的化合物甲醛转化为种种范例的糖）的开导，SSwEET团队终极找到相识决方案。该反响一度被以为是通过缩合和加成单独的甲醛形成糖来举行的，但反响的第一步——甲醛转化为乙醇醛——以无法检测的速率产生，机制不确定。杨培东团队发觉，参加一点乙醇醛会启动巴特勒夫反响，就像主动催化剂一样，孕育发生糖。
图 1.电化学装置
图 2.电化学反响
因为甲醛和乙醇醛都是碳、氢和氧原子的短链，杨培东团队开始思索：“这些化学物质是否可以直接由二氧化碳制成，然落伍入巴特勒夫反响天生糖？”在深空或火星应用中，统统都一定是电化学的，由于可以通过太阳能电池板为其供电（杨培东团队曾用硅纳米线网络太阳能）。杨培东团队证明白一种仅涉及电、铜纳米粒子作为催化剂和水中的二氧化碳的电化学历程，可以孕育发生可用于巴特勒夫反响的乙醇醛。在太空中，电力将由太阳能提供。
图 3.卡尔文轮回
现在，乙醇醛是其电化学历程的次要产品，但荣幸的是，在巴特勒夫反响中只必要痕量。所需的重要身分是甲醛。一旦把握了这些化学物质，巴特勒夫反响就可以非常有用地将全部碳原子转化为含糖碳。杨培东团队利用差别的催化剂，也可以从CO2电化门生成甲醛。在竞赛中，该团队证明白利用甲醛的巴特勒夫反响（大概来自热化学CO2牢固）和来自CO2电合成的乙醇醛，在约莫四小时内天生糖类——从三碳糖到八碳糖。
图 4.乙醇醛的“自催化”轮回反响
图 5. CO2的制糖产品
该反响除了利用核磁与质谱等检测本领来确认多种差别碳水化合物的形成，现实上也可以直接通过颜色改变来监测最紧张反响的完成情形，溶液从透亮到黄色的变化是糖形成的特性。
图 6. 反响表示图
【意义】
杨培东团队受大天然开导的级联路径，使用他们在二氧化碳接纳方面的专业知识为非生物糖的生产打开了一扇门，提出了一种实现可再生糖生产的要领。利用电力、二氧化碳和水的发觉可用于计划深空探究。团队成员冲动的说：“将二氧化碳直接转化为糖是一项非常困难的使命，曩昔从未被证明过，他们不但要你证明你能做到，并且要在几个小时内，相对较短的时间内，我们历程的各个部门之前已经报道过，但没有人知道你可以把它们放在一路，从基础上想出一条从二氧化碳生产糖的有效途径。”
泉源：高分子科学前沿
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