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二氧化碳减排新研究:甲酸脱氢酶将二氧化碳还原为甲酸

   日期:2020-05-22     来源:科技报告与资讯    浏览:151    评论:0    
核心提示:大阪市立大学人工光合作用研究中心的Yutaka Amao教授和理科大学院物理化学专业一年级博士生Ryohei Sato揭示了利用催化剂甲酸脱氢酶将二氧化碳直接还原成甲酸的方法。
  
 大阪市立大学人工光合作用研究中心的Yutaka Amao教授和理科大学院物理化学专业一年级博士生Ryohei Sato揭示了利用催化剂甲酸脱氢酶将二氧化碳直接还原成甲酸的方法。

研制出一种有效的催化剂,是利用阳光将二氧化碳转化为有机分子的人工光合作用系统的重要一步。甲酸酯脱氢酶(FDH)是一种催化剂,可以加速二氧化碳(CO2)转化为甲酸(氢能储存介质等)的反应,然而,直到现在为止,这一现象是如何发生的细节还不清楚。研究小组将FDH溶解在液体溶液中,然后将二氧化碳吹入溶液中进行反应。

在液体中,二氧化碳除了本身以外,还有两种形式存在——碳酸氢根离子和碳酸根离子。直到现在,人们还不知道这三种形式中的哪一种被还原并转化为甲酸。通过改变溶液中每种类型的二氧化碳的量并精确控制它们,研究小组在研究了它们与FDH的反应后,发现二氧化碳本身会直接还原成甲酸。

该研究结果发表在英国皇家化学会(RSC)出版的《New Journal of Chemistry 》上。

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随着科学技术的发展,有必要为下一代做好准备,及时解决当今严重的温室气体导致的全球变暖、化石能源枯竭等问题。因此,必须建立一个对环境影响较小的能源循环利用系统,开发有效利用二氧化碳等温室气体的能源转换系统。

二氧化碳在全球范围内设定了减排目标。对二氧化碳的排放进行调节和减少是可行的,但如何将其作为原料进行利用并转化为有用的物质也是一个重要的问题。在这种情况下,利用太阳能将二氧化碳转化为可用燃料的人工光合作用技术引起了人们的关注。

本研究小组的目的是大幅度地改进催化剂 "甲酸脱氢酶",促进二氧化碳转化为甲酸的反应,将二氧化碳转化为可用于燃料、化学产品和作为储能介质。众所周知,二氧化碳在液体中除了自身之外,还以碳酸氢根离子(HCO3-)和碳酸根离子(CO3-)的形式存在。然而,当溶液中的二氧化碳在甲酸脱氢酶的催化下发生反应时,不清楚3种形式中的哪一种被还原为甲酸。

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本研究通过改变溶液中这3种形式的CO2的量,并通过甲酸脱氢酶控制这3种形式的CO2的量,发现只有当二氧化碳的比例较大时,它们才会被还原成甲酸。而当溶液中的二氧化碳变成碳酸氢根和碳酸根时,并没有被还原成甲酸。

我们相信,这一发现将为我们开发和设计催化剂提供指导,有助于人工光合作用系统的开发和设计。

论文标题为《Can formate dehydrogenase from Candida boidinii catalytically reduce carbon dioxide, bicarbonate, or carbonate to formate?》。

 
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