近日，西安交通年夜学化学工程与技能学院传授费强团队乐成构建太阳能驱动的生物?光催化耦合体系，实现将甲烷及CO?协同转化为4-羟基苯甲酸及氢气，为分离式一碳资源高值化使用、碳减排与可再生能源开发提供了全新技能路径，彰显了生物合成与光催化技能交融的巨年夜潜力。相干结果作为热门文章于《德国运用化学》上发表。
光驱动耦合系统转化甲烷与CO2联产氢气及4-羟基苯甲酸。西安交通年夜学供图 我国沼气、焦炉气平分散式一碳气体资源富厚，但其单点范围小、漫衍分离且伴生年夜量CO?，难以经由过程传统热催化方式实现经济高效资源化使用。最近几年来，以生物制造为代表的暖和转化技能揭示出怪异上风。好氧性甲烷氧化菌（嗜甲烷菌）可以或许直接将甲烷转化为生物基产品，适配分离式气源的现场转化需求。然而，甲烷生物转化历程中存于还有原力供给受限、代谢副产品碳丧失等问题，制约了其总体碳原子经济性与产品收率。
针对于上述挑战，研究团队立异性地构建了生物—光催化耦合体系。起首经由过程合成生物学技能调控嗜甲烷菌体内的甲烷夹杂路子，以优化甲酸堆集及4-羟基苯甲酸合成路子之间的碳通量分配。同时，团队设计了具备生物相容性的光催化剂金属共同物，可于细胞生长前提下以甲酸为光催化底物及电子空穴猝灭捐躯剂，高效天生氢气及光生电子。此中光生电子作为还有原力增补，驱动嗜甲烷菌体内的甲烷氧化与4-羟基苯甲酸合成。
为进一步降低体系碳排放，研究团队还有构建了人工固碳路子，实现了光催化历程开释CO?的高效收受接管，加强了全系统的碳原子经济性。经由过程整合光催化与生物转化技能，不仅使用可再生能源实现甲酸脱氢，还有经由过程光生电子的定向通报解决了嗜甲烷菌还有原力不足的焦点瓶颈。
于最优前提下，该集成体系实现了4-羟基苯甲酸产量达472.36微克每一升，氢气患上率达0.59 毫摩尔氢气每一摩尔甲烷，体系总体碳减排水平跨越50%。这一进展乐成霸占了甲烷与CO?协同转化中碳通量分配调控、光催化与生物系统兼容、碳封存效率晋升、嗜甲烷菌细胞工场还有原力供应不足等要害难题，成立了分离式甲烷气源高值化使用的可行技能方案。
该结果精准对于接“双碳”方针与可再生能源成长需求，既实现了分离式一碳资源的高效使用，又能联产清洁燃料及邃密化工品。其焦点技能不仅拓展了嗜甲烷菌细胞工场的运用界限，更鞭策了生物制造与光催化技能的交织交融，为构建可连续、碳中性的技能框架提供了主要支撑，有望广泛运用在化工、能源等工业范畴，助力绿色低碳成长转型。
相干论文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202526097
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