西湖大学JACS：晶面工程Cu光催化可持续NADH重生

纳米技术

2025-05-03

烟酰胺辅因子（NADH）的电化学再生为酶促反应提供了一种可持续的途径。然而，具有生物活性的1,4-NADH的低产率和低选择性限制了它的广泛应用。在电极表面将 NAD⁺氢化为1,4-NADH的过程与吸附态NAD⁺*（NAD⁺*表示吸附在电极表面的NAD⁺）的构象、吸附态氢（H_ad）的形成以及H_ad向NAD⁺*的转移密切相关。因此，寻找保证NAD⁺*具有合适构象、具有较低H_ad形成能并且能使NAD⁺*快速氢化的材料，是这项研究的关键。

有鉴于此，西湖大学孙立成院士等报道Cu（111）晶面表现更高的1,4-NADH选择性（86.4%），而（100）晶面和（110）晶面的选择性分别为50.4%和57.4%。

本文要点：

（1）

DFT理论计算表明，Cu(111)晶面的高选择性源于吸附态NAD⁺*的有利构象以及降低了的加氢反应的能垒。

得到了以Cu(111)晶面为主，具有丰富晶界的Cu纳米线电极，记作Cu_gb(111)。电化学动力学分析和DFT理论计算表明，晶界降低H_ad形成的反应能垒。Cu_gb(111)实现了创纪录的73.5 μmol h^-1 cm^-2的1,4-NADH产率，同时1,4-NADH的选择性保持84.7%。

（2）

这项研究阐明晶面和晶界对调控1,4-NADH的选择性和产率的影响，为可再生能源驱动的高效绿色生物制造提供一条途径。

参考文献

Shuo Sun, Yizhou Wu, Yunxuan Ding, Linqin Wang, Xing Cao, and Licheng Sun*, Facet-Engineered Copper Electrocatalysts Enable Sustainable NADH Regeneration with High Efficiency, J. Am. Chem. Soc. 2025

DOI: 10.1021/jacs.5c04431

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c04431