近日，暨南大学环境与气候学院环境健康系（筹）江瑞芬副教授联合中山大学陈国胜副教授、沈勇副教授以及欧阳钢锋教授，在Science子刊期刊Science Advances（中科院一区TOP期刊，IF=11.7）发表题为“Boosting the photocatalytic decontamination efficiency using a supramolecular photoenzyme ensemble”的最新研究成果。该研究报道了一种新型超分子光-酶催化体系，并将其应用于水体有机污染物的高效去除。环境与气候学院硕士研究生罗赣为该论文的共同第一作者。
图1.论文截图
自然界中，光合作用是光-酶催化的典型代表。叶绿素分子吸收太阳光子，在酶的帮助下，通过一系列复杂的化学反应将其转化成自身能量。受此启发，科学家们开发了一系列光-酶催化剂，希望在低能耗和低成本的条件下实现太阳光的高效利用。然而，当前光催化剂与生物酶之间的电子转移效率低下、生物兼容性差以及高昂的辅助介质成本，极大地限制了该技术的应用。
针对这些挑战，研究团队创新性地构建了一种基于直接电子转移的超分子光-酶催化体系，并成功应用于水体净化。研究中，氧化还原酶—漆酶被封装在多孔的光活性氢键有机框架（PHOF）结构的缺陷区域内，形成了促进PHOF与漆酶之间电子转移的稳定生物界面，避免了使用昂贵的辅因子或辅助介质。同时，这一光-酶体系不产生强破坏性的活性物种，如超氧自由基和羟基自由基，成功地保护了酶的活性，从而解决了光催化与生物催化难以兼容的难题。此外，与传统无孔纳米结构相比，该超分子体系的长程有序介孔结构有效促进了反应物分子的传质，大幅提升了光-酶偶联催化的效率。以双酚A（BPA）为例进行验证实验，该体系在可见光条件下的催化转化率和周转频率（TOF）比游离酶高出两个数量级，且无需使用任何牺牲剂。在每克催化剂每小时的污染物转化量方面，其净化效率远超现有报道的催化剂。此外，该光-酶催化体系同样适用于其他有机污染物如3-氯酚、苯酚、双酚F 、四溴双酚A、孔雀石绿和刚果红的高效降解，并证明了该体系在结构与功能上的稳定性及其低细胞毒性，为未来环保与可持续水体净化技术的应用提供了全新的希望。
图2. 直接电子转移的光-酶催化机理
论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adp1796
