通过从活细胞中收集能量来催化零碳世界

迫在眉睫的环境危机要求向绿色经济的紧急过渡。由斋藤进(Susumu Saito)教授领导的日本名古屋大学(Nagoya University)的一个科学家团队最近发现了一种有趣的方法，可以利用活细胞中重要的代谢途径来实现这一目标。他们的目标是将能源贫乏的途径产品转变为生物可再生产品，以可持续的方式为我们的世界提供动力。

在大多数植物，动物，真菌和细菌中，称为“克雷布斯循环”的途径负责为细胞履行其功能提供燃料。在线粒体中运行，此循环最终导致形成富含能量的化合物(如NADH和FADH 2(用于为生物体提供动力))和缺乏能量的代谢物(如C 4-，C 5-和C 6-多元羧酸(PCA)。最近，通过恢复在创建过程中丢失的碳氢键(CH)，探索了将高度功能化的PCA改性为可生物更新分子的想法。这将需要这些生物分子进行称为“脱水”和“还原”的反应，即逆转克雷布斯循环-一个复杂的过程。

在发表于《科学进展》上的新研究中，齐藤教授和他的团队通过寻找一种人造“催化剂”(一种可以促进这种修饰的分子)来应对这一挑战。他们着重研究了一种功能强大的通用型预催化剂，称为膦-联吡啶-膦(PNNP)铱(Ir)-联吡啶复合物。齐藤教授说：“单活性金属催化剂，例如(PNNP)Ir催化剂，可以促进诸如Krebs循环代谢产物之类的高功能化(高度氧化和氧化)生物质原料的选择性加氢和脱水。”

当科学家测试了在C 4-，C 5-和C 6-上使用这种预催化剂时多元羧酸和其他与线粒体有关的代谢产物，他们发现CH键通过加氢和脱水反应有效地掺入了代谢产物中，这在其他方面很难实现。CH键的恢复意味着可以从自然界中丰富的能量贫乏的材料中生成能量丰富的有机化合物。而且，该反应产生称为“二醇”和“三醇”的化合物，其可用作保湿剂并用于建筑塑料和其他聚合物。该反应中唯一的“废物”产品是水，为我们提供了清洁的能源。不仅如此，这些复杂的过程可能以“一锅法”发生，从而使该过程高效。

齐藤教授及其团队乐观地认为，他们的研究将对以可再生能源为中心的未来产生重要影响。齐藤教授说：“诸如锯末和腐烂食品之类的废碳原料含有大量不同的羧酸及其潜在衍生物。分子(PNNP)Ir催化剂可用于制造零排放材料。许多商品塑料和聚合物材料可以使用从氢化过程中获得的二醇和三醇，从基于生物质的废物原料中提取的产物。”

有了这些发现，肯定会看到一个更加绿色，碳中和的社会。

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