半導體-酶光催化體系的研究進展*

李冠霖 李梅鈺 李雪辰 崔岱宗*

（東北林業大學生命科學學院，哈爾濱 150006）

半導體在特定波長的光激發條件下產生的光生電子可以為原核生物以及其細胞內氫化酶、固氮酶等酶所利用，促進細菌的合成代謝及各類酶的催化反應［1］。目前，半導體-酶光催化體系的可行性與效率均已經得到廣泛的論證，該體系的提出和發展為酶催化反應的大規模應用提出新思路，在化工原料生產、簡單有機產品合成、新型清潔能源等領域具有廣泛應用前景［2-9］。

本文梳理了近年來“半導體-酶”光催化領域內的部分研究成果，對該雜化體系的構建及功能進行解析，分析了現有研究的局限，并對未來的研究方向提出一些構想。

1 雜化系統的構建

雜化系統主要由提供電子的半導體和催化反應的酶兩部分組成。在光激發條件下，半導體內的電子會獲能躍遷，產生光電子。光電子通過體系中相應途徑傳遞到酶的活性中心，參與酶催化相應的反應［1］。受到光激發后，半導體在原位形成的氧化空穴可以通過引入外源犧牲劑進行填補。外源犧牲劑起到提供電子、阻止光生電子流的復合、防止光腐蝕的作用。圖1展示了該系統的基本組成。表1統計了近10年來國內外部分研究者所構建的“半導體-酶”光驅動雜化系統的構建策略及其相應功能。

1.1 半導體的選擇

對半導體光催化性能的開發并不是一個新課題，早在20世紀80年代就已有對于半導體材料光催化性能的研究［18］。而利用半導體納米材料有效捕獲光并將其用于酶促反應則是該領域的最新應用。……