domino4chem: Semi-biological Domino Catalysis for Solar Chemical Synthesis

domino4chem:用于太阳能化学合成的半生物多米诺催化

基本信息

  • 批准号:
    EP/X030563/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 274.53万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Mitigating CO2 emissions and transitioning to a circular economy are urgent actions to safeguard our prosperous future. Carbon capture and utilisation is a carbon-neutral process to recycle CO2 for the synthesis of valuable molecules and materials powered by renewable energy. The synthesis of fuels from CO2 using sunlight has made significant advances, but major challenges remain: (i) Synthetic approaches using semiconductors are highly efficient in light utilisation but can only produce the simplest of products from CO2; (ii) biological approaches can generate more complex products but are slow in CO2 uptake and inefficient in their use of solar energy.This proposal will pioneer the controlled synthesis of complex chemicals at high efficiency using sunlight by combining the strength of synthetic and biological technologies. An integrated platform will be developed that incorporates efficient light harvesting by semiconductors to drive a network of synthetic and biological catalysts to convert CO2 to bespoke complex chemical products. Specifically, photoelectrochemical tandem devices and photocatalyst powder sheets will be employed as the light harvesting component. These will drive a series of (bio)catalysts integrated in a bespoke porous architecture to catalyse compartmentalised reactions in sequence ('domino catalysis'). Synthetic catalysts will first reduce CO2 to vectors such as formate and CO with electrons being sourced from the oxidation of water to O2. The vectors will subsequently be used in the same device as feedstocks for microorganisms or enzyme/synthetic cascades to produce the target chemical. This vector-approach enables the efficient use of a wide range of catalysts, including engineered metabolic pathways, to synthesise desired products with a high degree of control.The proposed direct photon-to-chemical conversion technology will provide a general biohybrid platform to synthesise high value chemicals sustainably from sunlight in the future.
缓解二氧化碳排放并过渡到循环经济是紧迫的行动,以保护我们繁荣的未来。碳的捕获和利用是一种碳中性的过程,可回收二氧化碳,以合成由可再生能源提供动力的有价值的分子和材料。使用阳光从二氧化碳中合成燃料已经取得了重大进展,但仍有主要挑战:(i)使用半导体的合成方法在光利用率方面具有很高的效率,但只能从CO2产生最简单的产品; (ii)生物学方法可以产生更复杂的产物,但二氧化碳吸收和使用太阳能的效率较慢。该提案将通过结合合成和生物学技术的强度,利用阳光的高效合成复杂化学物质的受控合成。将开发一个集成的平台,该平台结合了半导体的有效光收集,以驱动合成和生物催化剂网络,以将CO2转换为定制复杂化学产品。具体而言,光电化学串联设备和光催化剂粉末板将被用作光收集组件。这些将驱动一系列集成在定制多孔结构中的(生物)催化剂,以序列催化隔室化反应(“多米诺骨牌催化”)。合成催化剂将首先将二氧化碳和诸如甲状腺和co等载体降低,而电子从水的氧化到O2。随后,向量将与微生物或酶/合成级联反应的原料一起使用,以产生目标化学物质。该矢量示威能够有效利用各种催化剂(包括工程代谢途径),以合成具有高度控制的所需产品。拟议的直接光子到化学化学转换技术将为一般的生物杂种平台提供一般的生物杂化平台,以使综合化学物质可持续地从阳光下可持续使用。

项目成果

期刊论文数量(1)
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