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[Cp*Rh(bpy)H2O]2+自组装CdIn2S4花状微球的高效光催化NADH再生与酶促CO2还原OA

Efficient photocatalytic NADH regeneration and enzymatic CO2 reduction over[Cp*Rh(bpy)H2O]2+self-assembled CdIn2S4 flower-like microspheres

中文摘要英文摘要

将光催化辅因子再生与酶催化偶联有助于实现可持续的CO2增值利用,但该技术仍面临氢源有限、均相介体及光生空穴诱导酶失活等挑战.本研究表明,L-抗坏血酸(L-AA)的低氧化电位可增强质子供给并促进[Cp*Rh(bpy)H]+中间体形成.仅需0.26 mg(≈ 0.12 mmol L-1)[Cp*Rh(bpy)Cl]Cl即可实现高效/选择性还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)再生,其效率是典型牺牲剂三乙醇胺(TEOA)的两倍以上.本研究开发了一种将[Cp*Rh(bpy)H2O]2+静电自组装在CdIn2S4微球光催化剂上的新策略.这种创新集成方式通过空间分区将游离介体和光生空穴与酶隔离,有效抑制了酶失活.最优集成光催化体系在420 nm光照40 min内实现90%的NADH再生效率,优于已报道的同类体系.与甲酸脱氢酶(FDH)偶联时,该集成体系甲酸生成速率达443.5 μmol g-1 h-1(明暗循环)和202.7 μmol g-1 h-1(持续光照),分别是含游离介体体系的1.2倍和3.2倍.本研究为光驱动辅酶再生及酶催化CO2合成高附加值化学品提供了高效可持续的新策略.

Integrating photocatalytic cofactor regeneration with enzymatic cascades enables sustainable CO2 valorization but faces challenges like limited hydrogen sources and homogeneous mediator and photogenerated holes-induced enzyme deactivation.This study demonstrates that the low oxidation potential of L-ascorbic acid(L-AA)can enhance proton supply and promote the formation of[Cp*Rh(bpy)H]+intermediates.Only 0.26 mg(≈ 0.12 mmol L-1)[Cp*Rh(bpy)Cl]Cl can achieve efficient/selective reduced nicotinamide adenine dinucleotide(NADH)regeneration,which is more than twice as effective as the typical sacrificial agent triethanolamine(TEOA).A novel strategy was developed via electrostatic self-assembly of[Cp*Rh(bpy)H2O]²+onto CdIn2S4 microsphere photocatalysts.This innovative integration physically separated free mediators and photogenerated holes from enzymes,effectively suppressing enzyme deactivation through spatial compartmentalization.The optimal integrated photocatalytic system achieved 90%NADH regeneration efficiency within 40 min of 420 nm light irradiation,outperforming previously reported systems.When coupled with formate dehydrogenase(FDH),the integrated system achieved formic acid generation rates of 443.5 μmol g-1 h-1(one light-dark cycle)and 202.7 μmol g-1 h-1(continuous light),representing 1.2-and 3.2-fold improvements over free mediator systems,respectively.This study provides an efficient and sustainable new strategy for light driven coenzyme regeneration and enzyme catalyzed CO2 synthesis of high value-added chemicals.

高春慧;李璐嵘;彭官威;沈锦妮;戴文新;张子重

福州大学,化工学院,福建 福州 350116||福州大学,化学学院,核生化防护化学全国重点实验室,福建 福州 350116福州大学,化学学院,核生化防护化学全国重点实验室,福建 福州 350116福州大学,化学学院,核生化防护化学全国重点实验室,福建 福州 350116福州大学,化学学院,核生化防护化学全国重点实验室,福建 福州 350116福州大学,化工学院,福建 福州 350116||福州大学,化学学院,核生化防护化学全国重点实验室,福建 福州 350116||清源创新实验室,福建 泉州 362801福州大学,化工学院,福建 福州 350116||福州大学,化学学院,核生化防护化学全国重点实验室,福建 福州 350116

化学化工

光-酶偶联催化CdIn2S4微球CO2转化电子介体集成NADH再生

Photoenzyme-coupled catalysisCdIn2S4 microspheresCO2 conversionElectronic mediator integrationNADH regeneration

《物理化学学报》 2026 (3)

63-73,11

本研究获得国家自然科学基金(项目编号22372041)、福建省科技重大专项(编号2021YZ037005)以及核生化防护化学全国重点实验室(编号SKLNBC2023-07)资助

10.1016/j.actphy.2025.100165

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