近日，西安交通大学费强团队在一碳生物asdasd物‑光催化耦合asdasdasd制造与光催化交叉领域取得关键突破性进展，成功构建太阳能驱动的生物‑光催化耦合系统，实现将甲烷和CO₂协同转化为4-羟基苯甲酸和氢气，为分散式一碳资源高值化利用、碳减排与可再生能源开发提供了全新技术路径，彰显了生物合成与光催化技术融合的巨大潜力。相关成果以《生物-光催化协同转化甲烷和CO₂联产氢气与4-羟基苯甲酸》（Bio-Photocatalytic Synergy Enables Valorization of CH₄ and CO₂ into Hydrogen and 4-Hydroxybenzoate in Engineered Me物‑光催化耦合thanotrophic Bacteria）为题，作为热点文章（Hot Paper）在国际著名期刊《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上发表。

我国沼气、焦炉气等分散式一碳气体资源丰富，但其单点规模小、分布分散且伴生大量CO₂，难以通过传统热催化方式实现经济高效资源化利用。近年来，以生物制造为代表的温和转化技术展现出独特优势。好氧性甲烷氧化菌（嗜甲烷菌）能够直接将甲烷转化为生物基产物，适配分散式气源物‑光催化耦合的现场转化需求。然而，甲烷生物转化过程中存在还原力供应受限、代谢副产物碳损失等问题，制约了其整体碳原子经济性与产物收率。

针对上述挑战，研究团队创新性地构建了生物—光催化耦合系统。首先通过合成生物学技术调控嗜甲烷菌体内的甲烷同化途径，以优化甲酸积累和4-羟基苯甲酸合成途径之间的碳通量分配。同时，团队设计了具有生物相容性的光催化剂金属配合物，可在细胞生长条件下以甲酸为光催化底物和电子空穴猝灭牺牲剂，高效生成氢气和光生电子。其中光生电子作为还原力补充，驱动嗜甲烷菌体内的甲烷氧化与4-羟基苯甲酸合成。

为进一步降低系统碳排放，研究团队还构建了人工固碳途径，实现了光催化过程释放CO₂的高效回收，增强了全体系的碳原子经济性。通过整合光催化与生物转化技术，不仅利用可再生能源实现甲酸脱氢，还通过光生电子的定向传递解决了嗜甲烷菌还原力不足的核心瓶颈。在最优条件下，该集成系统实现了4-羟基苯甲酸产量达472.36 µg/L，氢气得率达0.59 mmol H₂/mol CH₄，系统整体碳减排程度超过50%。这一进展成功攻克了甲烷与CO₂协同转化中碳通量分配调控、光催化与生物体系兼容、碳封存效率提升、嗜甲烷菌细胞工厂还原力供给不足等关键难题，建立了分散式甲烷气源高值化利用的可行技术方案。

光驱动耦合体系转化甲烷与CO₂联产氢气和4-羟基苯甲酸

该成果精准对接“双碳”目标与可再生能源发展需求，既实现了分散式一碳资源的高效利用，又能联产清洁燃料和精细化工品。其核心技术不仅拓展了嗜甲烷菌细胞工厂的应用边界，更推动了生物制造与光催化技术的交叉融合，为构建可持续、碳中性的技术框架提供了重要支撑，有望广泛应用于化工、能源等工业领域，助力绿色低碳发展转型。

西安交通大学化工学院为该论文的第一完成单位，化工学院博物‑光催化耦合士生焦子悦为第一作者，前沿院博士生高钰婧和副教授魏文欣为共同第一作者，化工学院费强教授、前沿院何刚教授和电子科技大学夏川教授为共同通讯作者。该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、陕西自然科学基金等项目支持。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202526097