2025年1月3日，武汉大学袁荃教授、余锂镭教授以及中国科学院海西研究院厦门稀土材料研究中心张云研究员合作在Chem期刊上发表了题为“Beyond Natural Synthesis via Solar Decoupled Biohybrid Photosynthetic System”的研究成果。该成果报道了一种太阳能解耦的生物杂交策略，通过整合持续性光催化剂与光合微生物，实现可持续和全天候的CO₂固定和生物制造。

论文通讯作者是袁荃、余锂镭、张云；共同第一作者是陈娜、席京、贺天培。

太阳能是迄今为止最丰富的可用于持续性社会发展的可再生能源。增加太阳能的使用，可降低对化石能源的依赖，是减少CO₂排放实现碳中和的最有效的绿色、可持续性方法之一。光合微生物可以捕获太阳光，驱动微生物将廉价的CO₂碳源和水高选择性地合成高附加值长链化合物，在利用可再生能源的同时固定CO₂、关闭碳循环，具有绿色、环保、可持续性的特点。在自然界中，受间歇性太阳能可用性的限制，光合微生物已经进化出将太阳能转化为化学能并储存起来的能力，以解耦光反应和暗反应，从而按需延迟使用太阳能。然而，光合微生物以生存为目的，存储的化学能量包括NADPH等有限，无法满足光合微生物在黑暗条件下高效合成高附加值长链化学物的需求。发展能够存储太阳能的高容量“能量池”并将其与光合微生物进行耦合，持续性供应光合微生物在黑暗条件下代谢所需要的能量，对驱动光合微生物全天候CO₂固定及生物合成，提高生产效率具有重要意义。

在这项工作中，袁荃教授团队研究报道了一种太阳能时空解耦的持续性光催化剂-生物杂化策略，实现全天候还原力的供应，进而提升光合微生物固定CO₂效率以及高附加值化合物合成效率。作为高容量“能量池”，持续性光催化剂白天以光生电子的形式储存太阳能，并在夜间延迟释放，在黑暗条件下为光合微生物提供能量。此研究报道的太阳能时空解耦策略有望为碳中和领域的发展、光合微生物高附加值长链化合物生物合成等提供新的思路。（来源：科学网）

图1：太阳能时空解耦的生物杂交策略示意图。

图2：Ni掺杂调控和优化持续性光催化剂的缺陷及电子结构。

图3：持续性光催化剂在黑暗条件下驱动NADPH再生。

图4：持续性光催化剂影响光合微生物代谢行为的作用机制分析。

图5：太阳能解耦生物杂交策略在二氧化碳固定和长链化合物生产中的实际适用性。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.chempr.2024.11.019