中國農(nóng)大新聞網(wǎng)訊近日，食品學(xué)院趙廣華教授研究團隊在《應(yīng)用催化B：環(huán)境》（Applied Catalysis B:Environmental)上發(fā)表了題為“將光敏劑血紅素和生物催化劑納米水鐵礦同時整合到大腸桿菌鐵蛋白中用于高選擇性光催化還原CO2”（Simultaneous integration of the photosensitizer hemin and biocatalyst nanoferrihydrite into a single protein nanocage for selectively photocatalytic CO2reduction）的研究論文(DOI:10.1016/j.apcatb.2023.123521)。這篇論文是第一次將環(huán)境友好且在自然界廣泛存在的血紅素用于二氧化碳的人工光催化還原轉(zhuǎn)化。
社會經(jīng)濟以及包括食品工業(yè)在內(nèi)的眾多領(lǐng)域的迅速發(fā)展都造成了大量的碳排放。大氣中的碳含量持續(xù)增長造成了一系列惡劣的環(huán)境影響，而隨著我國在2020年提出“碳達峰、碳中和”目標(biāo)后，減少碳排放已經(jīng)成為我國在生態(tài)環(huán)境治理上的重要目標(biāo)。發(fā)展高效的CO2捕獲與利用技術(shù)是科學(xué)家們研究的重點。
受到大腸桿菌鐵儲藏蛋白（EcBFR）天然與血紅素輔因子結(jié)合的啟發(fā)，本文利用EcBFR分子構(gòu)建了CO2光催化轉(zhuǎn)化平臺。在該轉(zhuǎn)化平臺中，多達12個血紅素分子可以作為光敏劑結(jié)合到蛋白質(zhì)亞基間界面中，同時，利用生物合成途徑可以在鐵蛋白內(nèi)部空腔中合成納米水鐵礦作為光催化劑。本文中所構(gòu)建的光催化平臺可以在溫和條件下，以1-芐基-1,4-二氫煙酰胺(BNAH)為電子供體，在水溶液中高選擇性地將CO2還原為甲酸。為了提高上述光催化平臺的重復(fù)使用能力，以上述構(gòu)建的大腸桿菌鐵蛋白作為構(gòu)建模塊，通過π-π相互作用設(shè)計了三維蛋白質(zhì)晶體框架。與單個蛋白質(zhì)納米籠相比，這種蛋白質(zhì)框架的可重復(fù)使用能力提高了至少5個循環(huán)。這些發(fā)現(xiàn)為利用天然血紅素作為光敏劑進行環(huán)境友好的CO2光催化還原提供了重要參考。
曾瑞琪博士，就職于四川師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，為本文第一作者，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與營養(yǎng)工程學(xué)院副教授臧佳辰、教授趙廣華為本文共同通訊作者。該工作得到了國家自然科學(xué)基金（32372320）以及中國農(nóng)業(yè)大學(xué)2115人才發(fā)展計劃的資助。
文章鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337323011645
2024年1月24日
來源：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
