Bioelectrocatalytic carbon dioxide reduction by an engineered formate dehydrogenase from Thermoanaerobacter kivui

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作者
Weisong Liu,Kuncheng Zhang,Jiang Liu,Yuanming Wang,Meng Zhang,Huijuan Cui,Junsong Sun,Lingling Zhang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1): 9962-9962 被引量:21
标识
DOI:10.1038/s41467-024-53946-3
摘要

Electrocatalytic carbon dioxide (CO2) reduction by CO2 reductases is a promising approach for biomanufacturing. Among all known biological or chemical catalysts, hydrogen-dependent carbon dioxide reductase from Thermoanaerobacter kivui (TkHDCR) possesses the highest activity toward CO2 reduction. Herein, we engineer TkHDCR to generate an electro-responsive carbon dioxide reductase considering the safety and convenience. To achieve this purpose, a recombinant Escherichia coli TkHDCR overexpression system is established. The formate dehydrogenase is obtained via subunit truncation and rational design, which enables direct electron transfer (DET)-type bioelectrocatalysis with a near-zero overpotential. By applying a constant voltage of -500 mV (vs. SHE) to a mediated electrolytic cell, 22.8 ± 1.6 mM formate is synthesized in 16 h with an average production rate of 7.1 ± 0.5 μmol h-1cm-2, a Faradaic efficiency of 98.9% and a half-cell energy efficiency of 94.4%. This study provides an enzyme candidate for high efficient CO2 reduction and opens up a way to develop paradigm for CO2-based bio-manufacturing.
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