Semi-artificial Photosynthetic CO2 Reduction through Purple Membrane Re-engineering with Semiconductor

化学 细菌视紫红质 人工光合作用 电子转移 光合作用 太阳能燃料 半导体 纳米技术 光催化 光化学 光电子学 物理 生物化学 材料科学 催化作用
作者
Zhaowei Chen,He Zhang,Peijun Guo,Jingjing Zhang,Gregory A. Tira,Yu Jin Kim,Yimin A. Wu,Yuzi Liu,Jianguo Wen,Tijana Rajh,Jens Niklas,Oleg G. Poluektov,Philip D. Laible,Elena A. Rozhkova
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:141 (30): 11811-11815 被引量:55
标识
DOI:10.1021/jacs.9b05564
摘要

The engineering of biological pathways with man-made materials provides inspiring blueprints for sustainable fuel production. Here, we leverage a top-down cellular engineering strategy to develop a new semi-artificial photosynthetic paradigm for carbon dioxide reduction via enveloping Halobacterium purple membrane-derived vesicles over Pd-deposited hollow porous TiO2 nanoparticles. In this biohybrid, the membrane protein, bacteriorhodopsin, not only retains its native biological function of pumping protons but also acts as a photosensitizer that injects light-excited electrons into the conduction band of TiO2. As such, the electrons trapped on Pd cocatalysts and the protons accumulated inside the cytomimetic architecture act in concert to reduce CO2 via proton-coupled multielectron transfer processes. This study provides an alternative toolkit for developing robust semi-artificial photosynthetic systems for solar energy conversion.
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