前言介绍
在2022年4月1日和4月4日，熊宇杰教授团队与其他课题组合作分别在J. Am. Chem. Soc.（IF=15.419）和Adv. Sci.（IF=16.806）发表了最新成果。下面，对这两篇成果进行简要的介绍，以供大家学习和了解！
1 熊宇杰&盛国平JACS：生物-非生物混合系统中光驱动制氢的反向电子转移链
生物-非生物光合系统结合了无机光吸收剂与全细胞生物催化剂，为可持续的太阳能驱动化学转化开辟了道路。从根本上说，生物-非生物界面处的电子转移可能诱导生物对光激发电子刺激的生物反应，在太阳能转换中起着至关重要的作用。基于此，中国科学技术大学熊宇杰教授和盛国平教授（共同通讯作者）等人报道了他们选择电活性细菌希瓦氏菌MR-1（bacterium Shewanella oneidensis MR-1）作为模型，其与自组装的CdS半导体构成了一个混合光合系统，以展示独特的生物-非生物界面行为。
其中，CdS纳米颗粒的光激发电子可以逆转S. oneidensis MR-1内的细胞外电子转移（extracellular electron transfer, EET）链，在光照射下实现细菌催化网络的激活。对比S. oneidensis MR-1，在可见光照射下S. oneidensis MR-1-CdS的氢气产量提高了711倍、ATP和还原当量（NADH/NAD+）显著上调。该工作阐明了基本机制，并为生物-非生物光合系统提供了设计指南。
图文速递
图1. S. oneidensis MR-1-CdS纳米颗粒混合光合系统的表征
图2. S. oneidensis MR-1-CdS光合系统的光驱动制氢
图3. S. oneidensis MR-1-CdS光合系统在孵育72 h后光驱动制氢
图4. S. oneidensis MR-1-CdS光合系统光驱动制氢机理
小 结
综上所述，作者证明了混合光合系统中的电子传递链和对光激发电子刺激的生物反应。在概念验证中，作者选择S. oneidensis MR-1作为模型来构建具有自组装CdS半导体的生物-非生物光合系统。外部CdS纳米颗粒可以激活S. oneidensis MR-1的生物催化网络，用于在光照下产生氢气。本质上，关键是使细菌能够接受向内光激发电子的反向EET链。该工作从电子和分子的角度为生物非生物光合系统的自下而上设计提供了指导。
文章信息
Reversing Electron Transfer Chain for Light-Driven Hydrogen Production in Biotic-Abiotic Hybrid Systems. J. Am. Chem. Soc., 2022, DOI: 10.1021/jacs.2c00934.
https://doi.org/10.1021/jacs.2c00934.
2 熊宇杰&龙冉等Adv. Sci.：结构重构的Cu2O超微粒高选择性电催化CO2还原为C2+产物
在电催化CO2还原反应（CO2RR）中，铜（Cu）基催化剂的结构重构是一种常见的过程。具有结构复杂性的Cu基预催化剂通常会经历复杂的结构重建过程，这可能为增强C2+产物的电合成提供机会，但由于过程中可能出现各种新的结构特征，因此仍然存在很大的不确定性。
基于此，中国科学技术大学熊宇杰教授和龙冉教授、新加坡科技研究局材料研究与工程研究所Enyi Ye（共同通讯作者）等人报道了利用Cu2O超微粒作为电化学CO2RR的模型预催化剂，在电化学还原条件下Cu2O超微粒会经历复杂的结构变化，从而在电催化中实现高选择性的催化CO2转化为C2+产物。电子显微镜表征以及原位X射线吸收光谱（XAS）和拉曼光谱发现，超微粒内部的组件融合产生大量Cu晶界，而外壳中的组件分离形成纳米间隙结构，可以有效地限制OH-以诱导高局部pH值。这种独特的结构特征与局部反应环境的结合，为促进C-C偶联提供了两个重要因素。
因此，Cu2O超微粒衍生催化剂对乙烯（C2H4）和C2+产物的法拉第效率（FE）分别为53.2%和74.2%，超过了几何上更简单的Cu2O立方体衍生催化剂，以及在相同条件下大多数已报道的Cu基电催化剂的性能。该工作为通过控制结构重构合理设计高选择性CO2还原电催化剂提供了见解。
图文速递
图1. Cu2O预催化剂的合成与形貌表征
图2. 评估CO2电还原性能
图3. 原位表征
图4. 机理研究
小 结
总之，作者提出了利用Cu2O超微粒可以作为预催化剂，利用CP方法通过预电化学还原形成独特的类行星Cu结构。电子显微镜表征以及原位XAS和拉曼光谱表明，在结构重建过程中，超微粒内部的构件融合产生大量Cu晶界，而外壳中的构件分离形成纳米间隙结构，可以有效地限制OH-，以维持较高的局部pH值。这种独特的超结构结合了晶界和高局部pH值与C-C耦合的优点，而Cu2O立方体等Cu基预催化剂中不可能实现。Cu2O超微粒衍生催化剂对乙烯和C2+产物的法拉第效率（FE）分别为53.2%和74.2%，超过了大多数报道的Cu电催化剂的性能。
文章信息
Structural Reconstruction of Cu2O Superparticles toward Electrocatalytic CO2 Reduction with High C2+ Products Selectivity. Adv. Sci., 2022, DOI: 10.1002/advs.202105292.
https://doi.org/10.1002/advs.202105292.
作者介绍
熊宇杰，中国科学技术大学教授、博士生导师。
详细介绍：http://staff.ustc.edu.cn/~yjxiong/chinese.html