Page 18 - 《精细化工）》2023年第10期

·2096· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

NADH 的再生，甲醇产量为 7.9 mmol/L。BACCOUR 展，但目前以 CO 2 为底物还原制备甲酸盐的产率不
等 [58] 利用来源于 Methylobacterium extorquens 的甲 高，生产规模在 mmol/L 水平。这主要归因于 CO 2
酸脱氢酶 MeFDH 和磷酸盐脱氢酶的突变体，构建 本身非常稳定，跨越其稳态需要克服较高的能量壁
了 1 个流通式双酶反应器，在自然条件下利用 CO 2 垒。在今后研究中，充分发挥光电催化的优势，将
生产甲酸盐，产率达到 1.7 g/(L·h)。 酶催化与光电催化紧密结合，有望取得更好的 CO 2
尽管科研工作者做了大量工作，也取得一些进 还原效率。

图 8 微细胞工厂级联反应将 CO 2 转化为甲醇（GelC 代表用儿茶酚基团修饰的明胶） [55]
Fig. 8 Conversion of CO 2 to methanol by cascade reaction in microcell factory (GelC represents gelatin modified with
catechol groups) [55]

6 结束语与展望 还原效率较低，难以实现工业化生产。今后工作中，
可以充分发挥光电催化的优势，将酶催化与光电催
大气及工业产生的 CO 2 提供了大量的碳源，为 化紧密结合，取长补短，有望取得更好的 CO 2 固定
捕捉 CO 2 而开发的技术促进了“碳达峰、碳中和” 还原效率。
目标的实现，也是缓解全球变暖，以可持续经济取
参考文献：
代化石经济所必需的。以 CO 2 为原料的生物转化法
是第三代生物制造路线，可有效降低生物制造业的 [1] MIN K, PARK Y S, PARK G W, et al. Elevated conversion of CO 2 to
versatile formate by a newly discovered formate dehydrogenase from
成本，降低对化石资源的过分依赖，引起人们的高 Rhodobacter aestuarii[J]. Bioresour Technol, 2020, 305: 123155.
度重视 [59-60] 。通过生物催化途径来固定还原大气中 [2] SHARMA T, SHARMA S, KAMYAB H, et al. Energizing the CO 2
utilization by chemo-enzymatic approaches and potentiality of
的 CO 2 极具吸引力和前景。然而，由于 CO 2 本身十 carbonic anhydrases: A review[J]. Journal of Cleaner Production,
分稳定，催化它的还原需要较高的活化能以克服其 2020, 247: 119138.
[3] KONDRATENKO E V, MUL G, BALTRUSAITIS J, et al. Status and
能量壁垒。 perspectives of CO 2 conversion into fuels and chemicals by catalytic,
围绕促进 CO 2 固定还原的目标，本文重点讨论 photocatalytic and electrocatalytic processes[J]. Energy & Environmental
Science, 2013, 6(11): 3112-3135.
了甲酸脱氢酶的分类及催化机制、酶分子改造及在 [4] ZHANG Z, ZHANG X, JI X. Developing and regenerating cofactors for
CO 2 固定还原中的应用情况，并提出未来发展方向： sustainable enzymatic CO 2 conversion[J]. Processes, 2022, 10(2):
230.
（1）通过对 FDH 的分类及催化机制相关研究发现， [5] YU F, WEI P, YANG Y, et al. Material design at nano and atomic
金属辅因子依赖型 FDH 具有更高的 CO 2 还原活性， scale for electrocatalytic CO 2 reduction[J]. Nano Materials Science,
2019, 1(1): 60-69.
其催化活性较非金属辅因子依赖型 FDH 高出 4~5 个 [6] WANG C C, ZHANG Y Q, LI J, et al. Photocatalytic CO 2 reduction
数量级，这为将来挖掘新型 CO 2 还原用 FDH 指明了 in metal-organic frameworks: A mini review[J]. Journal of Molecular
Structure, 2015, 1083: 127-136.
方向。若要获得高 CO 2 还原活性的 FDH，应该以金
[7] GUPTA P, VERMA N. Conversion of CO 2 to formate using activated
属辅因子依赖型 FDH 为主要研究对象。（2）通过对 carbon fiber-supported g-C 3N 4-NiCoWO 4 photoanode in a microbial
electrosynthesis system[J]. Chemical Engineering Journal, 2022, 446:
FDH 分子改造相关研究发现，尽管科研工作者做了
137029.
大量研究工作，但在其辅酶选择性、稳定性及还原 [8] AL-TAMREH S A, IBRAHIM M H, EL-NAAS M H, et al.
活性方面仍有较大的提升空间。在今后研究中，可 Electroreduction of carbon dioxide into formate: A comprehensive
review[J]. ChemElectroChem, 2021, 8(17): 3207-3220.
基于大数据分析，充分利用人工智能方法，进一步 [9] SATO R, AMAO Y. Curious effect of isotope-labelled substrate/co-
提高 FDH 三维结构的可及性及可信度，为 FDH 的 enzyme on catalytic activity of CO 2 reduction by formate dehydrogenase
from Candida boidinii[J]. Bulletin of the Chemical Society of Japan,
辅酶选择性、稳定性和催化活性的理性改造提供坚 2022, 95(4): 556-558.
实的基础。（3）通过对 FDH 在 CO 2 固定还原中应用 [10] LIAO Q, LIU W, MENG Z. Strategies for overcoming the limitations
of enzymatic carbon dioxide reduction[J]. Biotechnol Adv, 2022, 60:
研究发现，单纯依靠 FDH 本身的酶催化，CO 2 固定 108024.