摘要：自然光合作用利用太阳能，通过基于分子的酶和辅酶的全天候光/暗反应，将水和大气二氧化碳转化为碳水化合物，促进了人工光合作用的广泛发展。然而，开发不含贵金属的高效人工光合作用系统，并在分子水平上将功能单元合理整合到单一系统中，仍然具有挑战性。

自然光合作用利用太阳能，通过基于分子的酶和辅酶的全天候光/暗反应，将水和大气二氧化碳转化为碳水化合物，促进了人工光合作用的广泛发展。然而，开发不含贵金属的高效人工光合作用系统，并在分子水平上将功能单元合理整合到单一系统中，仍然具有挑战性。

2024年10月19日，安徽师范大学熊宇杰教授、陆洲教授与利莫瑞克大学高美艳博士在国际顶级期刊Nature Communications发表题为《A cluster-nanozyme-coenzyme system mimicking natural photosynthesis for CO2 reduction under intermittent light irradiation》的研究论文。崔晓峰、白慧、章俊为论文共同第一作者，熊宇杰教授、陆洲教授与高美艳博士为论文共同通讯作者。

熊宇杰，安徽师范大学教授，国家杰青、长江学者、英国皇家化学会会士。2000年获化学物理学士学位，2004年获无机化学博士学位，导师：谢毅院士。2004至2011年先后在美国华盛顿大学（西雅图）、伊利诺伊大学香槟分校、华盛顿大学圣路易斯分校工作。2011年回到中国科学技术大学任教授。

熊宇杰教授研究方向为光/电催化系统的精准定制研究。已发表210余篇通讯作者论文，其中50余篇发表在Nature Communications、Journal of the American Chemical Society、Angewante Chemie和Advanced Materials，论文总引用36,000余次，H指数96。

陆洲，安徽师范大学教授，2001年在中国科学技术大学获理学学士学位，2007年在加州大学圣地亚哥分校攻读博士学位，2007年-2010年在南加利福尼亚大学从事博士后研究，2010年-2013年在美国太平洋西北国家实验室从事博士后研究，2013年-2019年中国科学院化学研究所任研究员、博士生导师，2019年加入安徽师范大学。

陆洲教授研究方向包括界面非线性光谱、超快激光光谱学与分子反应动力学。近年来致力于（1）发展具有界面选择性与亚单分子层灵敏度的二阶非线性光谱新技术，用以研究电化学、纳米催化、能源材料与生物体系中的表/界面分子结构与激发态行为；（2）利用瞬态吸收光谱、飞秒荧光上转换、飞秒受激拉曼等时间分辨激光光谱技术研究光电转换、光催化与光化学反应中的超快动力学过程。

陆洲教授已主持、参与课题十余项，在J. Phys. Chem. C、Chinese J. Chem. Phys、Molecular Physics等期刊发表研究论文三十余篇。

高美艳，美国加州大学伯克利分校Omar Yaghi组博士后。博士毕业于爱尔兰利默里克大学，导师：爱尔兰皇家科学院院士Michael J. Zaworotko教授。

高美艳的研究方向为晶体材料的研究及其含碳化合物的分离和转化应用。已经在国内外SCI学术期刊上发表学术论文30余篇，以第一作者和通讯作者在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nat. Commun.、Small，Chem. Mater.发表学术论文18篇。

在这里，研究人员提出了一个人工系统，即Cu6团簇和钴三联吡啶配合物的组装系统，该系统通过纳米酶复合物和泛醌（辅酶 Q）在Cu6团簇上的精确整合来模拟自然光合作用。

该仿生系统在光反应中有效地将CO2还原为CO，实现了740.7 μmol g-1 h-1的生产率，并且具有至少188小时的耐久性。

值得注意的是，该系统利用苯酚演化辅酶Q作为电子储库，实现了光反应和暗反应的解耦。

通过调节辅酶Q稳定剂，可将暗反应时间延长至8.5小时，完全满足自然昼夜循环要求。

这项研究结果推进了复制自然光合作用综合功能的人工系统的分子设计。

图1：设计模仿自然光合作用的人工光合作用系统

图2：人工光合作用系统的合成和结构图

图3：光生电荷动力学分析

图4：纳米酶的光催化机制

图5：暗反应性能和机制

Cui, X., Bai, H., Zhang, J. et al. A cluster-nanozyme-coenzyme system mimicking natural photosynthesis for CO2 reduction under intermittent light irradiation. Nat. Commun. 15, 9048 (2024).

来源：华算科技