近日，安徽師范大學(xué)常務(wù)副校長(zhǎng)熊宇杰教授領(lǐng)銜的碳中和團(tuán)隊(duì)成員崔曉峰副教授，與學(xué)校陸洲教授及其他研究者合作，在分子水平上構(gòu)建了全天候人工光合系統(tǒng)，解決了長(zhǎng)久以來(lái)困擾人工光合作用領(lǐng)域的不持續(xù)太陽(yáng)光照問(wèn)題。該重要進(jìn)展以“A cluster-nanozyme-coenzyme system mimicking natural photosynthesis for CO₂ reduction under intermittent light irradiation”為題，于2024年10月19日在國(guó)際綜合性期刊《Nature Communications》發(fā)表。原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-024-53377-0。

       自然光合作用通過(guò)綠色植物和藻類吸收光能，把二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為富能有機(jī)物并釋放氧氣，是自然界最大規(guī)模的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，同時(shí)也帶動(dòng)了自然界其他物質(zhì)的循環(huán)。自然光合系統(tǒng)包含了光敏蛋白、生物酶和輔酶等關(guān)鍵組件，通過(guò)光吸收、電子傳遞、光合磷酸化、碳固定等復(fù)雜步驟實(shí)現(xiàn)碳素轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)換，有效將光反應(yīng)和暗反應(yīng)進(jìn)行解耦，使其分別在光照和黑暗條件下工作，從而滿足晝夜更替和各種天氣環(huán)境的不持續(xù)光照條件。然而，基于人工材料的人工光合系統(tǒng)，通常無(wú)法將光照條件下產(chǎn)生的能量載體進(jìn)行儲(chǔ)存并在黑暗條件下驅(qū)動(dòng)化學(xué)轉(zhuǎn)化，難以滿足不持續(xù)太陽(yáng)光照條件的需求，成為人工光合作用領(lǐng)域長(zhǎng)期以來(lái)被詬病的瓶頸問(wèn)題。

       針對(duì)該重大挑戰(zhàn)，該工作發(fā)展了一種人工光合系統(tǒng)，在Cu₆團(tuán)簇上組裝三聯(lián)吡啶鈷納米酶和輔酶Q，通過(guò)分子水平上的材料設(shè)計(jì)來(lái)模擬自然光合作用。該仿生系統(tǒng)在光照條件下驅(qū)動(dòng)光反應(yīng)，有效地將二氧化碳還原為一氧化碳，具有高活性和長(zhǎng)期穩(wěn)定性。更重要的是，該系統(tǒng)可以利用苯酚演化輔酶Q作為電子庫(kù)，儲(chǔ)存光反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的光生電子，并在黑暗條件下以此驅(qū)動(dòng)暗反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了光反應(yīng)和暗反應(yīng)的解耦。通過(guò)調(diào)節(jié)輔酶Q的穩(wěn)定劑，可將暗反應(yīng)的時(shí)間延長(zhǎng)至8.5小時(shí)，基本滿足自然晝夜循環(huán)的要求。該進(jìn)展推動(dòng)了分子水平上模擬自然光合作用的人工系統(tǒng)構(gòu)建。

       該論文第一作者為安師大崔曉峰副教授、太原理工大學(xué)白慧博士和安師大2021級(jí)化學(xué)專業(yè)碩士研究生章俊，通訊作者為安師大熊宇杰教授、陸洲教授和愛(ài)爾蘭利莫瑞克大學(xué)高美艷博士，安徽師范大學(xué)為第一完成單位。

新聞鏈接：https://www.ahnu.edu.cn/info/1104/109470.htm

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