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2022年11月10日，美國芝加哥大學(xué)林文斌教授團(tuán)隊(duì)在Nature Catalysis期刊上發(fā)表了一篇題為“Biomimetic active sites on monolayered metal-organic frameworks for artificial synthesis”的研究成果。

該成果報(bào)道了利用單層金屬有機(jī)框架材料的合理分子設(shè)計(jì)，組裝由催化位點(diǎn)、氨基酸和輔因子構(gòu)成的仿酶催化體系，從而實(shí)現(xiàn)高效的人工光合作用。

論文通訊作者是林文斌；共同第一作者是藍(lán)光旭、范英杰、史文頡。

化石能源危機(jī)是21世紀(jì)人類面臨的重大問題之一。為了拓展可再生能源的來源以應(yīng)對(duì)能源危機(jī)，人工光合作用受到廣泛的研究關(guān)注。自然界中，光合作用是由具有高效率和高選擇性的酶催化劑參與的。盡管已經(jīng)開發(fā)了許多人工系統(tǒng)來模擬天然酶的催化活性，但它們僅能夠模擬酶的金屬催化中心而無法實(shí)現(xiàn)氨基酸或輔因子的功能。

在這項(xiàng)工作中，林文斌教授團(tuán)隊(duì)通過將金屬催化中心、氨基酸和輔因子組裝到金屬有機(jī)框架單層材料中（J. Am. Chem. Soc. 2019, 40, 15767），合成了金屬有機(jī)酶，MOZ。研究人員設(shè)計(jì)與合成兩類 MOZ 庫，分別用于光促二氧化碳還原反應(yīng)和水氧化反應(yīng)的催化活性篩選。通過調(diào)節(jié)MOZ 中引入的氨基酸，對(duì)MOZ催化劑的活性和選擇性進(jìn)行系統(tǒng)性的優(yōu)化。最終，將催化效果最好的二氧化碳還原MOZ與水氧化 MOZ 組合，研究人員實(shí)現(xiàn)了高效的(1+n)CO₂ + 2H₂O → CH₄ + nCO + (2+n/2)O₂的人工光合作用。