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近日，材料与化学化工学院刘俊秋教授团队在Applied Catalysis B: Environment and Energy上发表题为Engineered self-assembled protein nanosheets for in situ biosynthesis of peptide anchored protein-semiconductor hybrids for efficient hydrogen production的研究论文。该研究基于原位生物合成肽锚定的蛋白-半导体杂化蛋白纳米片，构建了高效产生氢的人工光催化系统。

Applied Catalysis B: Environment and Energy（简写ACB, 2024, IF=20.3），是著名化学期刊，在学术界有很高的声誉和影响力。

当前，全球面临严峻的能源危机，太阳能制氢是解决该问题的重要途径之一。天然光合作用系统为人工光催化制氢提供了结构与功能上的借鉴，但因其提取成本高且体外稳定性差，难以直接应用。无机纳米粒子，如量子点，在光催化领域具有独特优势，其蛛┗9885官网珻dS 因可见光吸收能力和合适的能带位置常用于光催化水分解。然而，其在水溶液中的稳定性差，因此限制了其应用。在此背景下，本研究旨在通过蛋白自组装和原位生物合成策略构建高效的人工光催化制氢系统，模拟天然光合系统，提高光催化性能和稳定性。

在这项研究蛛┗9885官网芯咳嗽币跃哂谢沸谓峁沟腟P1蛋白为基。鹗艚岷想模∕BP）融合到其 N 端，通过点突变在侧表面引入组氨酸得到MBP-SP1-2His变体蛋白。该蛋白为CdS QDs的原位生长提供了限域空间，形成的CdS@MBP-SP1-2His杂化物具有良好的分散性，与游离CdS相比，其吸收峰和荧光特性独特，在光催化还原MV??和NAD?反应中表现出更强的生成光生电子能力。蛋白变体通过Ni2+螯合作用组装得到规则的2D纳米片结构，为原位生长CdS QDs提供了规则的锚定位点。

图1. 蛋白质组装及其原位生物合成的光催化系统构建策略

为进一步提高光催化性能，采用温和的方法在 CdS 表面负载Pt纳米粒子形成 CdS@Pt@MBP-SP1-2His。Pt的负载抑制了光生电子-空穴的复合，显著提高了光催化产氢速率，其组装体的产氢速率高达69100 μmol h?? (g Cd??)??，是游离 CdS的80倍。同时，Pt 掺杂后的系统稳定性也得到提高，30天后仍能保持91.2% 的催化效率（图2）。此外，研究人员还发现蛋白模板的组装-解组装行为可调控光催化产氢性能。通过添加乙二胺四乙酸盐（EDTA）调节蛋白模板的组装程度，随着EDTA浓度增加，产氢速率降低，解组装后的系统产氢性能与游离CdS@Pt@MBP-SP1-2His相近，且该过程可逆，经过多次组装-解组装循环后，蛋白纳米片仍能维持其光催化性能。本研究为模拟天然光合系统提供了重要策略，展示了蛋白质模板在构建高效人工光催化系统中的关键作用和应用潜力。

图2. 体系光催化性能及稳定性探究

材料与化学化工学院博士后李逸佳和田瑞桢为该研究的共同第一作者，刘俊秋教授和王婷婷副教授为该研究的共同通讯作者。滕博会9885官网为第一完成单位。该成果得到了国家科技部重点研发计划、国家自然科学基金及滕博会9885官网大科研启动经费等项目的资助。