图 体外二氧化碳人工合成高能长链分子示意图
在国家自然科学基金项目（批准号：21925204、22102018、52171201、32071416、22005291）等资助下，电子科技大学夏川课题组与中国科学院深圳先进技术研究院于涛课题组、中国科学技术大学曾杰课题组合作，通过电催化将二氧化碳和水合成高纯乙酸，再以乙酸及乙酸盐为碳源经生物合成获得葡萄糖和脂肪酸类分子。相关研究成果以“通过电化学和代谢工程升级转化二氧化碳为含能长链产品（Upcycling CO2 into energy-rich long-chain products via electrochemical and metabolic engineering）”为题，于2022年4月28日发表在《自然·催化》（Nature Catalysis）杂志上。论文链接：https://doi.org/10.1038/s41929-022-00775-6。
近年来，二氧化碳排放造成的全球气候变化和环境问题严重影响了社会的可持续发展。利用可再生能源发电产生的绿电催化二氧化碳还原合成高附加值化学品和燃料，为实现“碳中和”目标提供了一条新的路径。目前，电催化二氧化碳还原得到的产物主要为低碳产品。其中，一氧化碳、甲酸等C1产物作为初级平台分子，需要经过复杂的化工过程才能转化为商品化的大宗化学品，而乙烯、乙醇等C2产物的生产则面临组分复杂、浓度低、收集难等问题，限制了反应走向工业应用。因此，实现电催化二氧化碳制纯产物过程，并发展产物高效升级转化的新路径，对于推动电催化二氧化碳还原反应的商业化具有重要意义。
研究人员通过设计两步法电解方案，先将二氧化碳高效转化为一氧化碳中间体，再基于固态电解质反应器通过晶界铜催化剂高选择性地合成纯乙酸。乙酸作为优秀的生物合成碳源之一，在细胞体内能有效地转化为乙酰辅酶A进入中枢代谢，通过糖异生、脂肪酸合成等实现碳链延伸，合成C6~C18等一系列长链多碳化合物。如图所示，研究人员使用巧妙的空间解偶联方式实现高效电催化上游合成底物，生物合成下游产物并转化延伸，实现了“用二氧化碳和水合成高能长链食品分子”的全过程（图）。
该工作开辟了电化学结合活细胞催化制备葡萄糖等高能长链分子的新策略，为进一步发展基于电力驱动的新型农业与生物制造业提供了新范例。