一种新的光谱方法使伦斯勒理工学院(RPI)的研究人员更接近于理解——并人工复制——光合作用能量产生的核心——太阳的水分裂反应。
理解光合作用的机制可能导致产生高效太阳能的方法。据报道，这种新的光谱学——2D HYSCORE——能够捕捉自然界中含有金属的蛋白质或金属酶中分解水和过氧化氢的反应。
由伦斯勒教授k·v·拉克希米领导的研究人员开发了这种方法，作为正在进行的光合蛋白质——光系统II研究的一部分。“超氧化过氧化锰酶的二维HYSCORE光谱:光系统II的氧演化完整模型”的研究细节发表在《科学》杂志上物理化学杂志．
Lakshmi在一份声明中说:“这种太阳能的水分解光合蛋白复合物，光系统II，通过利用光能将水分解为二氧，催化自然界中最需要能量的反应之一。”“然而，由于传统方法无法探测含金属蛋白的活性位点，如光系统II，水分裂反应的细节仍然难以捉摸。”
在植物和蓝藻细菌中发现的光系统II，利用光子分解水分子，提取电子和质子，为光和水转化为化学能的光合作用提供燃料。
这种水的太阳氧化是在氧、锰和钙离子组成的簇中发生的，这种簇被称为氧进化复合物，它使用4个光子将两个水分子分成5个不同的步骤，称为s态。每一个中间s态，从S-0到S-4，以万亿分之一秒计算，最后三个s态(S-2、S-3和S-4)非常不稳定，因此很难确定它们发生的确切机制。
2012年，Lakshmi和她的团队使用先进的光谱技术来描述S-2的原子级机制，这是该过程的第三步。2013年，该团队获得了一笔为期三年的50万美元的美国能源部拨款，以扩大他们的研究范围，通过剩余的s态来研究氧进化复合物的结构。
开发二维HYSCORE的新应用——一种新的多维电子顺磁共振光谱技术——是这项工作的一部分。
在最近的一项突破中，研究人员使用2D HYSCORE来研究锰过氧化氢酶，这是一种类似但更简单的含有金属的蛋白质，细菌用它来分解过氧化氢。
研究人员据说已经成功地解析了锰过氧化氢酶中间体的活性位点几何结构，包括测定单个金属离子的氧化状态和活性位点内结合水配体的原子结构。
Lakshmi说:“我们使用过氧化锰酶作为模型来开发和应用这种新方法。”“我们对锰过氧化氢酶机制的了解以及我们在这项研究中开发的高分辨率光谱方法，极大地提高了最终目标，使我们更接近于确定光系统II的太阳能水分解反应机制。”
