清华&中科大Angew：构筑C3N4-酶的“光-酶”催化处理硝酸盐体系

纳米技术

2024-10-10

半人工光合成体系能够将酶/细胞与光吸收半导体之间结合，因此成为具有吸引力的氮气转化体系，但是面临着反应路径调控的挑战。

有鉴于此，清华大学刘锐平教授、中国科学技术大学陈洁洁等报道发现富含氰基的氮化碳（g-C₃N₄-C≡N）的C≡N电子能够转移到硝酸盐还原酶（NarGH），同时由于活性位点的距离（>14 Å）因此无法对亚硝酸盐还原酶（cd₁NiR）直接转移电子。

本文要点

（1）

通过g-C₃N₄-CN与酶的方向性的直接电子转移，产物能够从N₂变成具有价值的硝酸盐，而且选择性达到95.3 %。生成的硝酸盐能够通过厌氧氨氧化（anammox）微生物群与异化（microbiota and dissimilatory），能够将消除生物氮的氮气消除提高两倍（96.5±2.3 %），生成NH₃的产量达到12.6 mg NH₄⁺-N L^-1 h^-1。

（2）

这项研究通过生物-非生物界面（biotic-abiotic interface）构筑，为硝酸盐的处理和用于合成氨提供了符合可持续发展的策略。

参考文献

Jiyong Bian, Xiaoqiang An, Jing Zhao, Yang Liao, Xianen Lan, Ruiping Liu, Chengzhi Hu, Jie-jie Chen, Huijuan Liu, Jiuhui Qu, Directional Electron Transfer in Enzymatic Nano-Bio Hybrids for Selective Photobiocatalytic Conversion of Nitrate, Angew. Chem. Int. Ed. 2024

DOI: 10.1002/anie.202412194

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202412194