南科大陈熹翰团队合作在基于微生物质的纳米金属光催化方向取得新进展
2023年01月17日 科研新闻 浏览量 :262

1.png        近日,南方科技大学机械与能源工程系陈熹翰副教授和深圳先进技术研究院高翔副研究员课题组报道了基于蓝细菌杂合体的金纳米颗粒应用于光催化CO2合成丙三醇。该工作通过构建蓝细菌-金(Au)纳米颗粒杂合体,提升了14.6%光催化CO2制备丙三醇的效率。通过瞬态吸收光谱(TA)观察到了存在于Au和蓝细菌之间超快(1.2ps)的电子转移。相关成果以“Ultrafast Electron Transfer in Au−Cyanobacteria Hybrid for Solar to Chemical Production”为题发表于ACS Energy Letters。2.png

图1.蓝细菌-金纳米颗粒杂合体提升光催化反应效率

太阳能是最有前景的可再生能源,光催化的产物可被储存并应用于多种反应。天然生物质光合作用固定二氧化碳的效率十分有限,因此通过人工修饰微生物基因以提高产率的策略被广泛应用。本文作者合成了具有良好生物相容性、低毒性的金纳米粒子掺杂经过基因修饰的蓝细菌(XG608),以二羟基丙酮磷酸(DHAP)为底物,还原型辅酶Ⅱ(NADPH)为驱动,提升了在添加金纳米粒子条件下14.6%的光催化CO2制丙三醇产率和10.6%的反应速率。此外,金纳米粒子位于525nm的吸收峰恰好弥补了蓝细菌在该处的吸收缺陷,进一步提升了材料的总体可见光吸收和能量利用率。3.png

图2. 蓝细菌-金纳米颗粒杂合体瞬态吸收热载流子动力学

另一方面,由于有机生物质内部存在较为复杂的结构,光生电子在各组分间的转移过程很少被详细研究。针对这一问题,作者通过瞬态吸收光谱观测到了金纳米粒子与蓝细菌内NADPH界面处的超快电子转移过程,具体表现为与蓝细菌结合的金纳米颗粒在光照2ps的时间内发生了更为迅速的热载流子衰减(寿命约为1.2ps),并在之后的4ps内衰减变慢。另一组添加了光抑制剂(DCMU)的细菌实验也证实了电子转移过程发生在金纳米粒子与光反应的驱动酶——NADPH界面处。值得一提的是,电子转移过程只在活细胞&光照条件下存在,因此作者推测只有活细菌能够作为电子受体接受来自金纳米粒子的热载流子。4.png

图3.基于卡尔文循环(CBB)的反应机理。光激发的金热电子被反应链上受体接收,提高了丙三醇生成效率。

南方科技大学与香港城市大学联合培养博士生胡秋实、深圳先进技术研究院研究助理胡海涛、博士后崔蕾为论文的共同第一作者。南科大机械与能源工程系副教授陈熹翰和深圳先进技术研究院高翔副研究员为论文共同通讯作者,南方科技大学为论文第一通讯单位。

 

论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.2c02707


供稿:机械与能源工程系

通讯员:邓苏

编辑:曾昱雯


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