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近年來，我國對溫室氣體減排與轉(zhuǎn)化利用給予高度重視，然而，如何將一碳溫室氣體高效轉(zhuǎn)化為長碳鏈分子（C₃₊）依舊面臨著巨大挑戰(zhàn)?；瘜W(xué)-生物耦聯(lián)催化策略在一碳溫室氣體合成中長鏈化學(xué)品方面展現(xiàn)出巨大潛力，但該雜合系統(tǒng)中化學(xué)-生物模塊的適配性仍有待提升。針對上述問題，西安交通大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)聯(lián)合西北大學(xué)和電子科技大學(xué)等科研人員創(chuàng)新性地提出了一種新型的電化學(xué)-生物催化耦合系統(tǒng)，用于將CO?和甲烷升級為高價值化妝品原料依克多因。這項(xiàng)工作創(chuàng)新性地證實(shí)了將電化學(xué)反應(yīng)與微生物發(fā)酵過程相結(jié)合的可行性，實(shí)現(xiàn)了電化學(xué)-生物催化模塊的高效適配，提出了基于一碳溫室氣體生物制造依克多因的新路線，同時也為緩解全球氣候變化提供了一條有效途徑。

在這項(xiàng)工作中，研究團(tuán)隊(duì)合作致力于開發(fā)一種電化學(xué)CO₂還原反應(yīng)與甲烷（CH₄）微生物轉(zhuǎn)化過程的耦合系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)依克多因的一碳生物制造。為滿足能源需求并提高微生物轉(zhuǎn)化效率，研究團(tuán)隊(duì)首先合成了一種高選擇性和生產(chǎn)率的CuPc/BNCNT催化劑，該催化劑能夠在經(jīng)濟(jì)規(guī)模上加速CO₂生成CH₄（法拉第效率73.5%），接著以高能量的一碳底物CH₄為碳源，有效促進(jìn)工程改造的甲烷氧化菌的生長，經(jīng)生物轉(zhuǎn)化合成高價值的長碳鏈分子依克多因。該研究在建立了高效電催化系統(tǒng)之后，利用代謝工程改造和開發(fā)兩階段發(fā)酵等策略，實(shí)現(xiàn)了電催化與可放大的CH₄生物轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的匹配。值得一提的是，通過電催化系統(tǒng)與生物催化系統(tǒng)的適配，實(shí)現(xiàn)了將CO₂高效轉(zhuǎn)化為高值產(chǎn)品依克多因（1146 mg L^–1），較傳統(tǒng)生物轉(zhuǎn)化CO₂合成效率提高了10倍，同時顯著提升了產(chǎn)率和減碳效益。這一研究成果證實(shí)了高值產(chǎn)品電氣化生物合成的可行性及巨大潛力，為生物制造和能源儲存提供了新的思路和途徑。

該研究成果以《可擴(kuò)展電化學(xué)-生物催化耦合系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)從溫室氣體合成依克多因》（Scalable Electro-Biosynthesis of Ectoine from Greenhouse Gases）為題，發(fā)表在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angewandte Chemie International Edition）上。西安交通大學(xué)為第一通訊單位，化工學(xué)院副教授郭樹奇與電子科技大學(xué)李成博博士為共同第一作者，費(fèi)強(qiáng)教授、西北大學(xué)范代娣教授以及電子科技大學(xué)夏川教授為共同通訊作者。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、陜西省杰青基金和四川省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/ange.202415445

費(fèi)強(qiáng)教授研究團(tuán)隊(duì)主頁鏈接：https://gr.xjtu.edu.cn/web/feiqiang