宋浩教授：用于二氧化碳转化为增值化学品和燃料的非生物-生物混合系统

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文章信息

Jiansheng Li, Yao Tian, Yinuo Zhou, Yongchao Zong, Nan Yang, Mai Zhang, Zhiqi Guo, Hao Song. Abiotic–Biological Hybrid Systems for CO₂ Conversion to Value-Added Chemicals and Fuels. Trans Tianjin Univ, 2020: https://doi.org/10.1007/s12209-020-00257-5

原文链接

https://link.springer.com/article/10.1007/s12209-020-00257-5

本文亮点

以电和光两种不同的驱动方式对非生物-生物混合系统进行了分类，包括微生物电催化系统（microbial electrosynthesis system, MES）和光合成半导体生物混合系统（photosynthetic semiconductor biohybrid system, PSBS）。

综述了电驱动与光驱动混合系统的发展，比较了这两类系统的相似与差异，并提出了针对性的优化策略。

内容简介

非生物-生物混合系统结合了非生物催化和生物转化的优点，将二氧化碳（CO₂）转化为高附加值的化学品和燃料，已成为一种有吸引力的方法来解决二氧化碳排放激增引起的全球能源与环境危机。

本文综述了这一领域的最新进展。首先回顾了自然界中的二氧化碳固定途径来深入理解生物二氧化碳转化策略以及持续供给还原力为何重要。

其次，从两个方面总结了近年来用于CO₂转化的非生物-生物混合系统的研究进展：

①利用电能来驱动全细胞生物催化CO₂转化为目标产品的微生物电合成系统；

②集成了半导体纳米材料和CO₂固定微生物来捕获太阳能用于生物CO₂转化的光合半导体杂合生物系统。

最后，讨论了进一步改进非生物-生物混合系统的潜在途径。

图文导读

表1 用于CO₂还原的非生物-生物混合系统总结

图1 六种天然二氧化碳固定途径
//（a）还原性戊糖途径；（b）3-羟基丙酸途径；（c）还原性乙酰辅酶A途径；（d）还原性TCA循环；（e）二元酸/4-羟基丁酸循环；（f）3-羟基丙酸盐/4-羟基丁酸盐循环

图2 MESs系统示意图

//（a）一种H型电化学装置，用于向阴极的卵形链球菌生物膜供给电子；（b）用于将CO₂还原为高级醇的集成电合成微生物装置；（c）具有钴磷合金（Co-P）阴极和磷化钴（CoPi）阳极的水裂解-生物合成系统；（d）甲酸脱氢酶（FDH）协助的MES系统还原CO₂用于PHB的合成。

图3 PSBSs系统示意图

//（a）热醋穆尔氏菌-硫化镉（CdS）混合人工光合系统；（b）热醋穆尔氏菌/纳米金颗粒（AuNC）混合人工光合系统；（c）g-C₃N₄-过氧化氢酶和罗尔斯通氏菌的混合光合成系统还原CO₂合成PHB

宋浩通讯作者
天津大学合成生物学教授，在休斯顿大学获得化学工程博士学位。在得克萨斯大学健康科学中心和杜克大学担任博士后研究员后，加入新加坡南洋理工大学担任助理教授。研究方向包括微生物电合成和光合作用、用于化学品和药物生产的合成生物学。发表了100多篇同行评议论文和综述，包括NatureChem Biol, Nature Comm, Angew Chemie, Energy & Environ Sci和Chem Soc Rev等。

Transactions of Tianjin University

天津大学学报（英文版)

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