综述：生物杂化技术将CO2转化为燃料和化学品：生物电催化、生物光电催化和生物光催化的研究进展

这篇综述系统阐述了生物杂化技术（BEC/BPEC/BPC）在温和条件下实现CO2高值化转化的突破性进展，重点解析了酶/微生物系统与（光）电催化组件的协同机制，为构建碳循环经济提供了创新解决方案。

　　

生物杂化技术：开启CO₂绿色转化的新纪元

Abstract
应对气候与能源挑战需要高效的二氧化碳转化技术。融合生物与化学优势的生物杂化系统展现出巨大潜力，本文聚焦生物电催化(BEC)、生物光电催化(BPEC)和生物光催化(BPC)三大技术，揭示其在高附加值CO₂转化中的突破性进展。

Introduction
全球能源需求激增导致大气CO₂浓度逼近500 ppm，而其热力学稳定性(ΔG₀ = -400 kJ·mol^?1)成为转化瓶颈。自然光合作用效率不足1%，而人工光伏系统(效率15-20%)又面临产物选择性差的问题。生物杂化技术通过整合微生物/酶与功能材料，在温和条件下实现CO₂定向转化，为碳循环经济提供新范式。

Bio-electrocatalytic conversion of CO₂
BEC技术利用可再生能源电力驱动微生物/酶催化体系，其核心突破包括：

1. 合成生物学改造的产乙酸菌可将电能转化为乙酸(法拉第效率达90%)
2. 多酶级联系统实现CO₂→甲酸→甲醇的连续转化
3. 纳米材料修饰电极加速界面电子转移速率

Bio-photoelectrocatalytic conversion of CO₂
BPEC系统创新性地耦合光阳极与生物阴极：

• 硅基光阳极与固氮菌结合实现CO₂和N₂共还原
• 氧化塑料废弃物反应与CO₂还原的电位匹配设计
• 量子点敏化技术将太阳能转化效率提升至8.7%

Bio-photocatalytic conversion of CO₂
BPC技术通过仿生光捕获体系实现：
• 半导体-氢化酶杂化系统将CO₂选择性转化为甲酸(选择性>99%)
• 金属有机框架(MOF)保护酶免受活性氧损伤
• 光敏化细胞工厂实现C₂化合物合成

Challenges and outlook
当前技术瓶颈包括：微生物存活周期(<100h)、电子转移效率(<30%)、系统放大成本等。未来需开发自修复生物材料、人工智能辅助催化剂设计，并建立标准化经济性评估体系。

Conclusion
生物杂化技术通过"自然智慧+人工强化"的策略，正在重塑CO₂转化技术版图。随着合成生物学与材料科学的深度交叉，这类技术有望成为实现碳中和目标的颠覆性解决方案。