有机半导体-微生物杂化体系实现太阳能高效转化

半导体生物杂化光合系统能够有效集成半导体优异的光捕获能力与生物体的合成能力，实现太阳能到化学能的转化。如何提高半导体光捕获能力、空穴/电子分离效率及电子从半导体向微生物的有效转移是构建高效半导体生物杂化光合体系的关键科学问题。

有机半导体，特别是有机共轭分子，凭借良好的生物相容性，优异的光电转换能力及可调控的电子能级与光学带隙等优点备受关注。基于此，中国科学院化学研究所王树研究员（点击查看介绍）课题组与青岛农业大学李峰教授（点击查看介绍）课题组合作，发展了基于有机半导体-微生物的杂化光合系统，并实现了二氧化碳到乙酸的高效转化，其转化效率为1.6%，可媲美于目前报道的无机杂化生物合成系统。

本研究工作中，阳离子n型有机半导体苝二酰亚胺衍生物（PDI）与p型聚芴衍生物（PFP）所形成的p-n异质结作为光敏剂，具有优异的光捕获能力和高空穴/电子分离效率。另外阳离子有机半导体通过静电作用均匀吸附于非光合细菌热醋穆尔氏菌（M. thermoacetica，ATCC 39073）表面，并且的阳离子侧链可嵌入细菌的细胞膜中，有效地避免了电子的跨膜损耗，从而保证了光生电子从有机共轭分子向细菌的高效转移，进而成功地驱动了菌内的Wood-Ljungdahl代谢途径，实现了CO₂的还原。该工作为有机半导体在生物能源中的应用开拓了一个新方向，同时为设计高效太阳能到化学能转化提供了全新的生物制造策略。

相关研究工作发表在Angewandte Chemie International Edition 上，青岛农业大学盖盼盼教授为论文第一作者，硕士三年级研究生于汶同学为第二作者，中国科学院化学研究所王树研究员和青岛农业大学李峰教授为论文通讯作者。本研究得到了国家自然科学基金、泰山学者建设工程等项目的资助。

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Solar-Powered Organic Semiconductor-Bacteria Biohybrids for CO₂Reduction into Acetic Acid

Panpan Gai, Wen Yu, Hao Zhao, Ruilian Qi, Feng Li, Libing Liu, Fengting Lv, Shu Wang

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202001047

导师介绍

王树

https://www.x-mol.com/university/faculty/15476

李峰

https://www.x-mol.com/university/faculty/25249