近日，食品学院赵广华教授研究团队在《应用催化B：环境》（ Applied Catalysis B: Environmental ) 上发表了题为 “将光敏剂血红素和生物催化剂纳米水铁矿同时整合到大肠杆菌铁蛋白中用于高选择性光催化还原CO₂”（Simultaneous integration of the photosensitizer hemin and biocatalyst nanoferrihydrite into a single protein nanocage for selectively photocatalytic CO₂reduction）的研究论文 (DOI: 10.1016/j.apcatb.2023.123521)。这篇论文是第一次将环境友好且在自然界广泛存在的血红素用于二氧化碳的人工光催化还原转化。

社会经济以及包括食品工业在内的众多领域的迅速发展都造成了大量的碳排放。大气中的碳含量持续增长造成了一系列恶劣的环境影响，而随着我国在2020年提出“碳达峰、碳中和”目标后，减少碳排放已经成为我国在生态环境治理上的重要目标。发展高效的CO₂捕获与利用技术是科学家们研究的重点。

受到大肠杆菌铁储藏蛋白（EcBFR）天然与血红素辅因子结合的启发，本文利用EcBFR分子构建了CO₂光催化转化平台。在该转化平台中，多达12个血红素分子可以作为光敏剂结合到蛋白质亚基间界面中，同时，利用生物合成途径可以在铁蛋白内部空腔中合成纳米水铁矿作为光催化剂。本文中所构建的光催化平台可以在温和条件下，以1-苄基-1,4-二氢烟酰胺 (BNAH) 为电子供体，在水溶液中高选择性地将CO₂还原为甲酸。为了提高上述光催化平台的重复使用能力，以上述构建的大肠杆菌铁蛋白作为构建模块，通过π-π相互作用设计了三维蛋白质晶体框架。与单个蛋白质纳米笼相比，这种蛋白质框架的可重复使用能力提高了至少5个循环。这些发现为利用天然血红素作为光敏剂进行环境友好的CO₂光催化还原提供了重要参考。

曾瑞琪博士，就职于四川师范大学生命科学学院，为本文第一作者，中国农业大学食品科学与营养工程学院副教授臧佳辰、教授赵广华为本文共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金（32372320）以及中国农业大学2115人才发展计划的资助。

文章链接: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337323011645