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光合作用是地球生物圈中能量循環(huán)不可缺少的環(huán)節(jié)，時刻調(diào)節(jié)著人類賴以生存的地球環(huán)境。通過模擬自然光合作用進行太陽能分解水制氫，實現(xiàn)太陽能向氫能的轉(zhuǎn)化，是解決人類社會所面臨的能源問題和環(huán)境問題的有效途徑之一。當前，科學家們花費了大量精力用于開發(fā)高效的仿生水氧化催化劑以及具有寬光譜吸收的捕光材料，然而卻忽視了如何設計、選擇并適宜地將捕光材料、水氧化催化劑以及電荷傳輸中間體等重要的基本單元組裝在一起，從而構建具有高效電荷傳輸的仿生體系。我們通過模擬光系統(tǒng)II中關鍵組分的重要功能，采用BiVO₄半導體作為捕光材料，鎳鐵層狀雙氫氧化物（NiFeLDH）作為保護層，用于抑制BiVO₄的光腐蝕，發(fā)現(xiàn)部分氧化的石墨烯（pGO）作為捕光材料與水氧化催化劑之間的電荷傳輸?shù)拿浇椋涔δ茴愃朴谧匀还庀到y(tǒng)II中酪氨酸（Tyr）的作用，并采用分子Co立方烷作為水氧化催化劑模擬自然光合作用的Mn₄CaO₅放氧中心。該體系在光電催化分解水反應中展示了高效的性能和穩(wěn)定性。水氧化反應的起始電位低至0.17 V，接近熱力學理論值，且為目前文獻報道的最低值；太陽能到氫能的轉(zhuǎn)化率（STH）高達2.0%。這種仿生策略為如何實現(xiàn)太陽能的高效轉(zhuǎn)化提供了新的思路和方法，該研究結(jié)果得到專家的高度評價。