Directional Electron Transfer in Enzymatic Nano‐Bio Hybrids for Selective Photobiocatalytic Conversion of Nitrate

硝酸还原酶 化学 电子转移 亚硝酸盐 亚硝酸盐还原酶 硝酸盐 反硝化 厌氧氨氧化菌 氮气 无机化学 光化学 生物化学 有机化学 反硝化细菌
作者
Jiyong Bian,Xiaoqiang An,J. Zhao,Yang Liao,Xianen Lan,Ruiping Liu,Chengzhi Hu,Jie‐Jie Chen,Huijuan Liu,Jiuhui Qu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:136 (52) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/ange.202412194
摘要

Abstract Semi‐artificial photosynthetic system (SAPS) that combines enzymes or cellular organisms with light‐absorbing semiconductors, has emerged as an attractive approach for nitrogen conversion, yet faces the challenge of reaction pathway regulation. Herein, we find that photoelectrons can transfer from the −C≡N groups at the edge of cyano‐rich carbon nitride (g‐C 3 N 4 ‐CN) to nitrate reductase (NarGH), while the direct electron transfer to nitrite reductase ( cd 1 NiR) is inhibited due to the physiological distance limit of active sites (>14 Å). By means of the directional electron transfer between g‐C 3 N 4 ‐CN and extracted biological enzymes, the product of the denitrification reaction was switched from inert N 2 to usable nitrite with an unprecedented selectivity of up to 95.3 %. The converted nitrite could be further utilized by anammox microbiota and dissimilatory nitrate reduction to ammonia (DNRA) microorganisms, doubling the efficiency of total nitrogen removal (96.5±2.3 %) for biological nitrogen removal and ammonia generation (12.6 mg NH 4 + ‐N L −1 h −1 ), respectively. Thus, our work paves an appealing way for the sustainable treatment and utilization of nitrate for ammonia fuel production by strategically regulating the electron transfer pathway across the biotic‐abiotic interface.
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