科学家实现二氧化碳还原合成葡萄糖和脂肪酸

　　电子科技大学材料与能源学院夏川课题组与中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所于涛课题组、中国科学技术大学曾杰课题组合作，先通过电催化将二氧化碳和水合成高纯乙酸，再以乙酸及乙酸盐为碳源经生物发酵合成葡萄糖和脂肪酸等长碳链分子。

　　当前，能源危机和环境污染等问题不断加剧，使用可持续能源产生的电力助力绿色化工合成获得越来越多的关注。随着新能源发电的迅速崛起，电力成本下降，电合成技术已经具备与依赖化石能源的传统化工工艺竞争的潜力。其中，二氧化碳电还原技术使用清洁电能将温室气体二氧化碳转化为高附加值化学品，对缓解资源短缺具有重大意义。但目前对二氧化碳电还原技术的研究大多局限于一碳和二碳等小分子产物，如何高效、可持续地将二氧化碳转化为富含能量的碳基长链分子仍是巨大挑战。

　　为了规避二氧化碳电还原的产物局限性，可考虑将二氧化碳电还原过程与生物过程相耦合，以电催化产物作为电子载体供微生物后续发酵合成长碳链的化学产品用于生产和生活。而选择合适的电子载体对微生物发酵十分重要。由于二氧化碳电还原的气相产物均难溶于水，生物利用效率低，因此优先选择二氧化碳电还原的液相产物作为生物发酵的电子载体。其中，乙酸是一种优秀的生物合成碳源，可以经发酵转化为葡萄糖等其他生物物质。

　　直接电催化转化二氧化碳到乙酸存在反应速率慢、产物选择性低和碱溶液吸收等诸多问题。鉴于一步法电解的局限性，研究人员提出两步法电解的解决方案，即通过催化剂条件优化和反应器设计，先将二氧化碳高效转化为一氧化碳中间体，再基于固态电解质反应器通过晶界铜催化剂高选择性地合成纯乙酸。乙酸作为优秀的生物合成碳源之一，在细胞体内能有效转化为乙酰辅酶A进入中枢代谢，通过糖异生、脂肪酸合成等通路实现碳链延伸，合成C6-C18等一系列长链多碳化合物。

　　本文摘自中国科学院

　　https://www.cas.cn/syky/202204/t20220429_4833344.shtml