我院硕士生发表论文揭示纳米二氧化钛提高植物光合作用的机理

发布者:园艺学院发布时间:2020-03-13浏览次数:159

       3月5日我院硕士研究生潘晓琴在化学领域知名期刊《Journal of Physical Chemistry Letters》(IF2018=7.329, IF5=8.348)上作为封面文章发表了题为“Enhanced Photogenerated Electron Transfer in a Semi-artificial Photosynthesis System based on Highly Dispersed Titanium Oxide Nanoparticles”的研究论文,并作了在线演讲。论文链接:https://dx.doi.org/10.1021/acs.jpclett.9b03740 ,演讲视频链接:http://pubs.acs.org/doi/suppl/10.1021/acs.jpclett.9b03740

       二氧化钛(titanium dioxide, TiO2)是最受欢迎的半导体材料之一,可用于制备太阳能电池、污水处理,也可以作为食品着色剂用于食品加工行业,最常用于美妆行业制成防晒护肤品。在植物上的应用研究表明,TiO2能够提高植物的叶绿素含量和光合效率。前人提出这是由TiO2的光催化特性导致的,但这一设想并未被系统证明。

       该研究合成了一种粒径小于5 nm、具高分散性的锐钛矿纳米TiO2,提取了模式植物生菜(不结球的散叶类型)的叶绿体,构建了二氧化钛/叶绿体(TiO2/CLP)半人工光合系统。通过系列测试手段,首次从材料物理化学角度揭示了TiO2与叶绿体间有效的电子传递及相关互作机理。首先,叶绿体会捕获TiO2的光生电子,提高自身的电子传递速率。其次,叶绿体在抑制TiO2光生电子空穴对复合的同时,也能拓宽TiO2在该半人工光合系统中对有效光的响应。最后,在活体生菜叶片上喷施TiO2水分散液,透射电镜结果表明,纳米TiO2颗粒能够进入叶片细胞中并随机分布到叶绿体类囊体薄膜上;TiO2通过提高叶绿体光合电子传递速率促进了ATP的合成,最终提高了生菜的生物量。

       论文通讯作者为材料与能源学院雷炳富教授和我院宋世威副教授,第一作者为两位老师共同指导的、我院2018级硕士研究生潘晓琴。该论文是材料化学与蔬菜学学科交叉的成果,得到了国家自然科学基金和广州市科技计划项目的资助。(图文:潘晓琴、宋世威)


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