太阳能驱动的高性能水凝胶超分子合成：NADH再生与CO2还原的创新策略

本文推荐一种基于Evans蓝染料（EB）掺杂的聚吡咯（PPy）超分子水凝胶（PPy@EB），该材料通过可见光驱动实现61.73%的NADH再生效率，并将CO2选择性转化为甲酸。其三维网络结构兼具高导电性、介孔特性和非金属光催化活性（HOMO/LUMO能级-5.75/-3.38 eV），为人工光合作用系统提供了低成本、可重复使用的解决方案。

　　

亮点

本研究开发了一种EB染料掺杂的聚吡咯（PPy）超分子水凝胶（PPy@EB），其三维交联纳米纤维结构展现出卓越的光捕获能力（吸收范围400-800 nm）和电荷分离效率。这种金属自由的光催化剂在温和条件下实现了61.73%的NADH再生，并成功将CO₂酶促转化为甲酸。

材料与方法

实验采用吡咯单体、EB染料和过硫酸铵制备水凝胶，通过紫外漫反射光谱（DRS）和X射线衍射（XRD）表征光学性能。反应体系含Rh配合物[(Cp*H)Rh(bpy)]⁺、抗坏血酸（AsA）和NAD⁺，在450 W氙灯（420 nm滤光片）下进行光催化测试。

NADH再生的定量与定性分析

Rh配合物通过水解-氢转移机制选择性地生成1,4-NADH（酶活性异构体），而1,2-NADH/1,6-NADH等非活性异构体被有效抑制。电化学测试显示PPy@EB的HOMO/LUMO能级（-5.75/-3.38 eV）与NAD⁺（-4.20 eV）能级匹配，促进电子转移。

CO₂还原的能量流动机制

如Scheme 5所示，PPy@EB吸收光能产生电子-空穴对，电子经AsA（-5.25 eV）传递至NAD⁺形成NADH，随后在甲酸脱氢酶（FDH）催化下将CO₂还原为甲酸。该路径避免了传统电催化所需的高电压（>1 V），显著降低能耗。

结论

PPy@EB水凝胶通过超分子自组装构建了兼具高比表面积和导电性的光催化网络，其EB掺杂策略为设计新型太阳能转化材料提供了范式。该工作为碳中和目标下的CO₂资源化利用开辟了新途径。