全文概要
西湖大学刘建明、孙立成、曾安平团队 开发了一种高效的电化学-生物催化协同系统，实现了以CO₂为唯一碳源直接合成C₃–C₄二醇（1,3-丙二醇，1,3-PDO；1,3-丁二醇，1,3-BDO）。该系统通过CuZn合金电催化剂在安培级电流密度（−1,100 mA cm⁻²）下高效还原CO₂生成乙醇（产率约1,200 µmol h⁻¹ cm⁻²），并利用定制开发的J-T膜有效抑制乙醇渗透，使其浓度累积至100 mM。在生物催化模块中，通过人工智能辅助与理性设计相结合的策略，对Thermotoga maritima来源的DERA醛缩酶进行定向进化，获得双突变体S233D/F43T，催化效率提升2.5倍，最终实现1,3-PDO产率达1.8 g L⁻¹ h⁻¹。该系统进一步拓展至1,3-BDO的合成，产率达1.0 g L⁻¹ h⁻¹，展现出优异的系统集成性与可扩展性。
本文要点
高效电催化：CuZn-2催化剂在−1,100 mA cm⁻²下实现35%的乙醇法拉第效率，产率接近1,200 µmol h⁻¹ cm⁻²，为生物催化提供充足底物。
膜分离创新：J-T膜兼具高OH⁻传导性与低乙醇渗透率（≤1%），在维持低电压的同时实现高浓度乙醇积累。
AI辅助酶工程：结合理性设计与AI预测，获得高活性DERA突变体S233D/F43T，显著提升1,3-PDO合成速率。
系统集成与验证：系统实现从CO₂到1,3-PDO和1,3-BDO的完整合成路径，产率显著高于现有电-生物混合系统，具备工业化潜力。
文献详情
Yonglong Li, Bing Zhang, Yizhou Wu, et al. Ultrafast Conversion of CO₂ into C₃–C₄ Diols in a Synergistic Electrochemical and AI-Assisted Biosynthesis System, J. Am. Chem. Soc. (2025) DOI: 10.1021/jacs.5c14039
全文链接
https://doi.org/10.1021/jacs.5c14039
