Cysteine–Cystine Photoregeneration for Oxygenic Photosynthesis of Acetic Acid from CO2 by a Tandem Inorganic–Biological Hybrid System

氧化还原 化学 胱氨酸 串联 催化作用 半胱氨酸 醋酸 人工光合作用 无机化学 光催化 有机化学 材料科学 复合材料
作者
Kelsey K. Sakimoto,Stephanie J. Zhang,Peidong Yang
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:16 (9): 5883-5887 被引量:146
标识
DOI:10.1021/acs.nanolett.6b02740
摘要

Tandem "Z-scheme" approaches to solar-to-chemical production afford the ability to independently develop and optimize reductive photocatalysts for CO2 reduction to multicarbon compounds and oxidative photocatalysts for O2 evolution. To connect the two redox processes, molecular redox shuttles, reminiscent of biological electron transfer, offer an additional level of facile chemical tunability that eliminates the need for solid-state semiconductor junction engineering. In this work, we report a tandem inorganic-biological hybrid system capable of oxygenic photosynthesis of acetic acid from CO2. The photoreductive catalyst consists of the bacterium Moorella thermoacetica self-photosensitized with CdS nanoparticles at the expense of the thiol amino acid cysteine (Cys) oxidation to the disulfide form cystine (CySS). To regenerate the CySS/Cys redox shuttle, the photooxidative catalyst, TiO2 loaded with cocatalyst Mn(II) phthalocyanine (MnPc), couples water oxidation to CySS reduction. The combined system M. thermoacetica-CdS + TiO2-MnPc demonstrates a potential biomimetic approach to complete oxygenic solar-to-chemical production.
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