光催化-生物合成串联用于CO2还原合成长链碳基化合物

摘要：二氧化碳（CO2）转化为高附加值化学品对化石燃料消耗所引发的能源短缺与环境危机具有重要意义，但仍然面临巨大挑战。基于此，北京化工大学豆义波副教授、卫敏教授、谭天伟院士与西安交通大学费强教授等首次报道了一种光催化-生物合成耦合串联策略，用于CO2还原为长链蔗糖或

二氧化碳（CO2）转化为高附加值化学品对化石燃料消耗所引发的能源短缺与环境危机具有重要意义，但仍然面临巨大挑战。基于此，北京化工大学豆义波副教授、卫敏教授、谭天伟院士与西安交通大学费强教授等首次报道了一种光催化-生物合成耦合串联策略，用于CO2还原为长链蔗糖或α-法尼烯，为CO2还原合成长链碳基化合物提供了一条绿色途径。

开发CO2转化为高附加值化学品的先进技术已受人们广泛关注。尽管如此，将CO2转化为高能量密度的长链化合物仍然面临巨大挑战。相比之下，生物合成可以将碳源（如CH4、HCOOH）转化为长链产品。受此启发，作者提出将光催化和生物合成相结合——利用可再生太阳能将CO2还原为C1分子，然后基于生物合成获得长链化合物。光催化具有利用可再生太阳能驱动CO2还原以生产碳氢化合物的优势，与生物合成相比更节能。而光催化获得的碳氢化合物产物（如CH4）可为生物合成长链化合物提供前体。为了概念验证，作者制备了过渡金属掺杂的ZnO（M-ZnO）材料，通过Znδ+-O-Niβ+结构调控实现CO2还原为CH4。进一步对甲烷氧化菌（M. buryatense 5GB1C）进行基因编辑和修饰，可以将光催化产物CH4用于蔗糖或α-法尼烯的生物合成。相关研究通过将光催化还原与生物合成相结合为CO2升级为长链产品提供了新途径，为CO2的有效利用减少碳足迹提供了一种新范式。