Organic Semiconducting Hydrogel with Integrated Microbes and Enzymes for Selective Solar CO 2 Conversion

化学 甲酸脱氢酶 格式化 电子转移 共价键 纳米技术 共轭体系 聚合物 选择性 组合化学 催化作用 有机合成 生物催化 转移加氢 固定化酶 光催化 联轴节(管道) 纳米结构 自愈水凝胶 脚手架 化学工程
作者
Glenn Quek,Beverly Qian Ling Low,Soleh Anderlini,Xian Wei Chua,Marion I. M. Short,Dongseok Kim,Samuel D. Stranks,Erwin Reisner
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (15): 16019-16031 被引量:3
标识
DOI:10.1021/jacs.6c00205
摘要

High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide Integrating synthetic light-harvesting materials with biological CO 2 -fixing catalysts offers a promising route to efficient and selective solar-to-chemical conversion under mild conditions. However, progress remains limited by the lack of photocatalytic materials that combine biocompatibility, strong electronic coupling with biocatalysts, high biocatalyst loading capacity, and facile product separation. Here we introduce an organic semiconducting hydrogel synthesized from a rationally designed conjugated polyelectrolyte featuring visible-light absorption, water-processability, and covalent cross-linkability. The resulting macroporous, positively charged hydrogel scaffold immobilizes both microbes and enzymes, promoting intimate abiotic–biotic interactions throughout the three-dimensional hydrogel matrix. This platform supports two distinct modes of sacrificial CO 2 reduction: mediated electron transfer via photogenerated H 2 to drive acetate synthesis in the microbe Clostridium ljungdahlii, and direct electron transfer from photoexcited polymer domains to the isolated enzyme formate dehydrogenase for formate synthesis. By coupling the molecular programmability of organic semiconductors with the selectivity of biocatalysts, this work establishes a versatile class of soft biohybrid materials for solar fuel production through semiartificial photosynthesis.
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