Light-driven biohybrid system utilizes N2 for photochemical CO2 reduction

甲酸 固氮 氮气 光催化 光化学 辐照 材料科学 固定(群体遗传学) 化学 催化作用 组合化学 有机化学 生物化学 基因 物理 核物理学
作者
Jin‐Yue Zeng,Xiaoshuang Wang,Xinhua Liu,Qianru Li,Jun Feng,Xian‐Zheng Zhang
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
卷期号:10 (7) 被引量:10
标识
DOI:10.1093/nsr/nwad142
摘要

ABSTRACT Attempting to couple photochemical CO2 reduction with N2 fixation is usually difficult, because the reaction conditions for these two processes are typically incompatible. Here, we report that a light-driven biohybrid system can utilize abundant, atmospheric N2 to produce electron donors via biological nitrogen fixation, to achieve effective photochemical CO2 reduction. This biohybrid system is constructed by incorporating molecular cobalt-based photocatalysts into N2-fixing bacteria. It is found that N2-fixing bacteria can convert N2 into reductive organic nitrogen and create a localized anaerobic environment, which allows the incorporated photocatalysts to continuously perform photocatalytic CO2 reduction under aerobic conditions. Specifically, the light-driven biohybrid system displays a high formic acid production rate of over 1.41 × 10−14 mol h−1 cell−1 under visible light irradiation, and the organic nitrogen content undergoes an over-3-fold increase within 48 hours. This work offers a useful strategy for coupling CO2 conversion with N2 fixation under mild and environmentally benign conditions.
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