近日，我所太阳能研究部（DNL16部）李灿院士、宗旭研究员团队与天然产物及糖工程研究组（1805组）尹恒研究员团队通过合作交叉研究，构建了可氧化裂解几丁质的光电催化-多糖裂解单加氧酶耦合催化系统。相关研究成果发表于Applied Catalysis B: Environmental（https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2019.118558）。
几丁质是自然界中最丰富的生物质资源之一，其衍生物壳聚糖、几丁寡糖、壳寡糖均具有多种生理活性，应用广泛，因此其转化利用研究具有重要意义。2010年新发现的多糖裂解单加氧酶（LPMO）能够通过氧化作用来断裂纤维素等糖底物的糖苷键，生成含氧化糖链末端的寡糖片段，使底物结晶区域结构松散，便于糖苷水解酶水解。研究团队早期已从苏云金芽孢杆菌等微生物中鉴定系列LPMO，本工作首先进一步明确了苏云金芽孢杆菌来源AA10家族LPMO作用于几丁质的活性、作用模式与机制。此外，LPMO活性实现需要额外的电子供体。电子供体既可是外源添加的抗坏血酸等，也可由内源的纤维二糖脱氢酶提供。本工作中，研究团队开展交叉合作，创新的将硅基光阴极与LPMO酶耦合，构建了一种无机-生物杂化光电催化体系。通过在硅光电极表面选择性担载助催化剂及筛选具有合适电位窗口的氧化还原电对为电子传递体，该杂化体系在可见光下可实现几丁质转化为可溶寡糖的反应。与使用抗坏血酸作为电子供体的传统酶催化反应系统相比，该杂化系统展现了更高的效率。在此基础上，研究团队还构建了以TiO2为光阳极、硅为光阴极的叠层体系，这种叠层体系可只利用太阳能就实现几丁质的氧化裂解反应。此耦合催化体系可集成无机半导体和生物酶的优势，从而实现温和条件下几丁质的降解，这为太阳能驱动的多糖生物质转化提供了一种环境友好的路径。
本工作得到大连化物所创新基金、国家重点研发计划、国家自然基金等项目支持。
（文/张和峰、张卉妍 图/王洪）
