叶绿体是一种双膜细胞器，是绿色植物光合作用中固定二氧化碳的主要场所。双膜结构可以借助脂质双层和跨膜蛋白等功能单元调节物质进出叶绿体的运输。

受叶绿体巧妙结构和功能的启发，大连海事大学宗旭教授、斯威本科技大学孙成华教授和昆士兰大学王连洲教授最近报道，通过模拟绿色植物叶绿体，构建了一种可实现高选择性、高效还原CO2为CO的催化纳米反应器。

这项研究成果以一篇简短的通讯形式发表在《科学公报》上，题为“模拟叶绿体的纳米反应器用于增强CO2电催化”。

本研究中，通过十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)双层在金纳米棒(GNR)电催化剂表面自组装形成核壳结构，轻松获得模拟叶绿体的纳米反应器(CMNR)。

利用高角度环形暗场扫描透射原子成像、角分辨X射线光电子能谱、密度泛函理论(DFT)等实验和理论技术，研究了CTAB分子在GNR表面的结构和排列，发现了CTAB分子在GNR表面的双层排列。

此外，大量的理论和实验研究表明，CTAB中极化的-N(CH3)3单元可以有效地从溶液中捕获CO2，​​而疏水有机链形成的有机通道促进了CO2向GNR的扩散。因此，CTAB双层可以模拟叶绿体膜，允许高度选择性地将CO2分子而不是质子传输到GNR。

图片来源：ScienceBulletin(2024)。DOI：10.1016/j.scib.2024.07.041

此外，X射线光电子能谱和原位电化学红外光谱表明，溴离子促进GNR的部分氧化，这将有效稳定CO2电还原的COOH*中间体，进一步促进CO2电还原性能。

综上所述，作者提出了通过在GNR电催化剂表面自组装CTAB双层膜，建立叶绿体模拟纳米反应器。CTAB双层膜模拟叶绿体膜，可以同时调节CO2和质子向GNR核心的传输，而GNR核心模拟Rubisco酶，催化CO2还原反应。

相应地，CO2还原为CO的选择性也得到了极大的提高。这项工作提出了一种新的仿生设计来解决CO2还原反应中的挑战，可应用于氧还原反应和氮还原反应等广泛的电催化反应。

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