近日，太阳集团1088vip環境健康系（籌）江瑞芬副教授聯合中山大學陳國勝副教授、沈勇副教授以及歐陽鋼鋒教授，在Science子刊期刊Science Advances（中科院一區TOP期刊，IF=11.7）發表題為“Boosting the photocatalytic decontamination efficiency using a supramolecular photoenzyme ensemble”的最新研究成果。該研究報道了一種新型超分子光-酶催化體系，并将其應用于水體有機污染物的高效去除。太阳集团1088vip碩士研究生羅贛為該論文的共同第一作者。
圖1.論文截圖
自然界中，光合作用是光-酶催化的典型代表。葉綠素分子吸收太陽光子，在酶的幫助下，通過一系列複雜的化學反應将其轉化成自身能量。受此啟發，科學家們開發了一系列光-酶催化劑，希望在低能耗和低成本的條件下實現太陽光的高效利用。然而，當前光催化劑與生物酶之間的電子轉移效率低下、生物兼容性差以及高昂的輔助介質成本，極大地限制了該技術的應用。
針對這些挑戰，研究團隊創新性地構建了一種基于直接電子轉移的超分子光-酶催化體系，并成功應用于水體淨化。研究中，氧化還原酶—漆酶被封裝在多孔的光活性氫鍵有機框架（PHOF）結構的缺陷區域内，形成了促進PHOF與漆酶之間電子轉移的穩定生物界面，避免了使用昂貴的輔因子或輔助介質。同時，這一光-酶體系不産生強破壞性的活性物種，如超氧自由基和羟基自由基，成功地保護了酶的活性，從而解決了光催化與生物催化難以兼容的難題。此外，與傳統無孔納米結構相比，該超分子體系的長程有序介孔結構有效促進了反應物分子的傳質，大幅提升了光-酶偶聯催化的效率。以雙酚A（BPA）為例進行驗證實驗，該體系在可見光條件下的催化轉化率和周轉頻率（TOF）比遊離酶高出兩個數量級，且無需使用任何犧牲劑。在每克催化劑每小時的污染物轉化量方面，其淨化效率遠超現有報道的催化劑。此外，該光-酶催化體系同樣适用于其他有機污染物如3-氯酚、苯酚、雙酚F 、四溴雙酚A、孔雀石綠和剛果紅的高效降解，并證明了該體系在結構與功能上的穩定性及其低細胞毒性，為未來環保與可持續水體淨化技術的應用提供了全新的希望。
圖2. 直接電子轉移的光-酶催化機理
論文鍊接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp1796
