Fine-Tuning the Electrocatalytic Regeneration of NADH Cofactor Using [Rh(Cp*)(bpy)Cl]+-Functionalized Metal–Organic Framework Films

辅因子 烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 电化学 氧化还原 配体(生物化学) NAD+激酶 催化作用 电催化剂 材料科学 组合化学 金属 电极 无机化学 化学 有机化学 物理化学 生物化学 受体
作者
Weiwei Li,Chunhua Zhang,Ziman Zheng,Xiaoyu Zhang,Lin Zhang,Alexander Kuhn
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (41): 46673-46681 被引量:23
标识
DOI:10.1021/acsami.2c13631
摘要

Electrochemical regeneration of the reduced form of the nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) cofactor catalyzed by immobilized [Rh(Cp*)(bpy)Cl]+ is a promising approach for the enzymatic synthesis of many valuable chemicals with NAD-dependent dehydrogenases. However, rational control of the efficiency is often limited by the irregular structure of the electrode/electrolyte interface and the accessibility of the molecular catalyst. Here, we propose an electrochemical system for NADH cofactor regeneration, based on highly ordered three- dimensional (3D) metal-organic framework (NU-1000) films. [Rh(Cp*)(bpy)Cl]+ is incorporated at the zirconium nodes of NU-1000 via solvent-assisted ligand incorporation (SALI), leading to a diffusion-controlled behavior, associated with an electron hopping mechanism. Varying the ratio of redox-active [Rh(Cp*)(bpy)Cl]+ and inactive postgrafting agents enables the elaboration of functional electrodes with tunable electrocatalytic activity for NADH regeneration. The exceptionally high faradic efficiency of 97%, associated with a very high turnover frequency (TOF) of ∼1400 h-1 for NADH regeneration, and the total turnover number (TTN) of over 20000 for the enzymatic conversion from pyruvate to l-lactate, when coupled with l-lactate dehydrogenases (LDH) as a model reaction, open up promising perspectives for employing these electrodes in various alternative bioelectrosynthesis approaches.
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