第三代生物炼制的挑战与机遇

化学品和燃料的可持续生产以及缓解温室效应是目前人类面临的两大挑战.传统生物炼制技术可进行石化产品的替代生产,且绿色低碳;然而有些人类活动不可避免地产生碳排放,为了实现碳中和目标,迫切需要发展负排放技术以抵消这些排放.近年来,可直接将二氧化碳转化为燃料和化学品的第三代生物炼制技术为我们塑造低碳经济、实现碳中和提供了一个良好的解决方案.本文首先介绍固定二氧化碳的不同天然途径,随后概述可用于基于合成生物学理念设计的不同人工固碳途径;接着,讨论固碳途径能量的来源,特别强调非生物过程辅助的新型能量供给方式;随后,列举第三代生物炼制的生产实例,并讨论其在工业应用过程中值得注意的问题;最后,展望第三代生物炼制的主要优势和面临的挑战,并对未来的研究方向进行讨论.     

土壤改良的途径

1.发生史决定构造人类的生存与土壤有密切关系,植物从土壤中吸收养份和水份而生长发育,人类喜欢自然界绿色的颜容,利用绿色的产物作为粮食、衣料、燃料和建筑材料,构成了人类的文明。众所周知土壤是植物光合成生产的支承体,这个背光的隐藏于土壤的空间是一个黑暗的世界,人粪和动物的粪尿,动植物遗体等废弃物最后又回到了土壤,经过土壤动物和微生物等的活动被分解为     

可再生合成燃料研究进展

能源是支撑人类文明和发展的源泉,自古以来人类社会的每一次重要进步都伴随着能源利用效率的不断提升.然而,化石燃料的过度开采和利用不仅造成了能源危机,而且还导致了温室气体、颗粒物等污染物过量排放所引发的严重环境问题.如何获得可再生的洁净燃料是人类社会可持续发展面临的重要挑战. 19世纪中叶,人类已经开展了制备可再生合成燃料方面的探索,发现利用厌氧微生物可以转化生物质制取富含甲烷的燃气.历经160余年的发展,已经形成了多条直接或间接的可再生合成燃料制备途径.本文围绕可再生燃料的电化学合成、光催化转化、热化学转化、微生物转化四种主要合成路线,综述了利用可再生能源转化二氧化碳制备甲烷、醇醚燃料、烷烃柴油、航空燃油等合成燃料的发展历程、重要进展及挑战,为未来的燃料可持续供给提供新思路.     

Aulr@InGaN纳米组装体人工光合成C2+燃料联产H2O2

<正>以太阳光为能量输入,二氧化碳(CO₂)和水(H₂O)为原料,经人工光合作用合成可再生燃料和化学品,为解决能源危机和气候变化等核心挑战提供了一条有潜力的策略^[1].与电催化、热催化和生物催化等固碳方式相比,光催化具有配置简单、成本低廉或环境友好等优点.然而,在无牺牲剂和无外加热能或者电能的条件下,     

我国科学家首次实现二氧化碳合成淀粉

<正>二氧化碳能人工合成淀粉?这听着是个天方夜谭的问题,但我国科学家经过6年多的研发,给出了肯定的答案——不依赖植物光合作用,以二氧化碳、电解产生的氢气为原料,成功生产出淀粉。这使淀粉生产从传统农业种植模式向工业车间生产模式转变成为可能。     

制造生物燃料新方法

生物燃料目前成为一种十分热门的可再生绿色能源,世界各国都在大力发展生物燃料。其实,生物燃料离我们并不遥远,我们家中的酒中就含有常见的生物燃料——乙醇。然而,由于不少能源公司用粮食来生产生物燃料而引起了争议,     

有机化学家汪猷

我国著名有机化学家、一级研究员汪猷教授原任中国科学院上海分院副院长、中科院上海有机化学研究所所长。前不久,他退居二线,担任有机化学研究所名誉所长,同时继续担任中科院化学部学部委员,国务院学位委员会理科评议组成员,《化学学报》主编等职。他是我国科技界德高望重的前辈之一,在其半个世纪的科研生涯中,为我国生物化学和有机化学的发展作出了开拓性的贡献,他在人工合成胰岛素、核酸等具有国际领先水平的科研项目中的出色表现,使他名列当今世界知名的科学家之列。     

捕捉二氧化碳

一个看似荒谬但并不荒谬的事实是:作为人类对抗气候变化需要战胜的"敌人",二氧化碳已然成为构建更加可持续的世界的"盟友".已有多项技术可以从大气中回收二氧化碳,然后将其用作原材料,生产"净零排放"的合成燃料,或制造汽车座椅或坐垫泡沫的聚合物.这就是负排放技术(NET).     

Ⅴ.结晶胰岛素的全合成

牛胰岛素的全合成工作是在天然胰岛素的两条链重组合成功,并获得重合成的结晶胰岛素;以及人工合成的A及B链分別与天然胰岛素的B及A链组合成功,并分别获得半合成结晶胰岛素的基础上进行的。我们自1964年第一次获得具有生物活力的全合成产物以来,在工作中不断实践,不断总结,使全合成产物的生物活力逐步提高,抽提纯化的步骤也逐步得到改进。终于在1965年9月17日,获得了首批用人工方法合成的结晶牛胰岛素,实现了世界上人工合成     

合成微生物组:当“合成生物学”遇见“微生物组学”

合成微生物组是指运用合成生物学方法构建的功能菌群.合成微生物组以代谢通路模块化为核心特征,每个代谢模块的工作由一个菌株完成,从而实现多个菌株的分工与合作.与单菌株相比,合成微生物组具有降低菌株代谢负担与遗传改造难度、提供多样的元件表达平台、实现"即插即用"的模块替换等优势.在合成生物学与微生物组学快速发展、交汇融合的影响下,合成微生物组已成为近些年微生物领域新的研究热点,在生物合成平台化合物、复杂大分子以及生产生物燃料等方面具有广阔的应用前景.本文介绍了合成微生物组的设计原理与优势,总结了近些年的主要研究成果,阐述其目前面临的挑战与机遇,最后对其未来的发展进行展望.     

新型光动力药物——竹红菌素衍生物的研究与进展

竹红菌素作为一种新型光疗药物, 与临床已应用的血卟啉衍生物相比具有光敏剂三重态量子产率高、光毒性高、暗毒性低、易排泄等优点, 但其在光疗窗口吸收弱和水溶性差的缺点, 限制了它在光动力治疗中的应用. 为了改善其水溶性, 人们设计合成了磺酸化和金属离子化等的竹红菌素衍生物, 其水溶性得到极大的提高, 但光动力疗效并没有母体显著; 为了扩大其光响应范围, 人们又设计合成了巯基化和胺基化等的竹红菌素衍生物, 发现胺基化竹红菌素衍生物的光动力疗效是最好的, 但其水溶性没有得到改善. 我们设计合成了几种具有一定脂水兼容性的胺基取代的竹红菌素衍生物. 这样, 既拓展其光响应范围, 同时使其在水体系中能有效地溶解. 目前, 对该种衍生物的生物测试实验正在进行之中.     

基本有机合成化学和工艺的成就

基本有机合成或重有机合成是近代化学工业中的主导领域之一。这一领域包括:合成那些能够作为所有其它有机化学工业部门的原料的有机化合物(如合成橡胶、合成树脂、人造纤维、油漆等的原料),以及合成许多其它工业部门所用的材料,例如溶剂、润滑油和发动机燃料中用的特种添加剂、洗涤剂、浮选剂、合成脂肪、增塑剂、杀虫杀菌剂等等。应当指出,重有机合成产物的品种是不断的扩展着,而且其中好些种产物的年产量常达好几十万吨。例如,全世界丁二烯、甲醛、烃基苯的生产都超过百万吨,氧化乙烯、合成酚、合成酒精、丙酮、乙醚等的年产量也在百万吨左右。有几种基本有机合成产品(如合成汽油和发动机燃料的高辛烷值的添加剂)的产量如此之大,以致可以把它们看作与燃料工业相衔接的独立部门。基本有机合成这种蓬勃的发展是由最近三四十年内各技术和工业部门的迅速发展所     

彼得·舒尔茨教授访谈录

[彼得·舒尔茨简介] 1956年6月23日生于俄亥俄州的辛西那提。1979年获加州理工学院学士学位,1984年获有机化学哲学博士学位后赴麻省理工学院做博士后研究.1985年进入加州大学伯克利化学系任教。现已获得若干科学奖励和荣誉,他建立了一个横跨有机化学、分子生物学、酶学和免疫学等领域的研究计划。帮助建立了Affymax研究所(一个药物公司)。他的研究兴趣集中在研究生物体系中的分子识别和催化的机制。这些研究在设计新的功能分于方面的应用将有助于化学、生物学和医学的发展。他的重要贡献包括催化抗体的产生、杂文晦的合成,以及向蛋白质分子中定位引入氨基酸类似物的方法和建立等。他还在每个学期教授大学生的有机化学课程。也经常应邀去美国的许多大学讲课。     

评Carey &|Sundberg编著的《高等有机化学》(第5版)

不少有机化学工作者对于Carey &; Sundberg所编著的Advanced Organic Chemisty (高等有机化学)并不陌生. Advanced Organic Chemisty从1977年第1版到现在的第5版一直是有机化学领域最受欢迎的教材之一. 该书的内容涵盖了从化学键、分子结构, 到化合物反应性和各种有机合成反应, 再到保护基及多步合成中的设计策略等, 可以说是有机化学研究领域的一本百科全书.     

光合作用放氧反应

光合作用放氧中心(OEC)是植物光系统II(PSII)中利用太阳能高效、安全地将水氧化，释放出电子、质子和氧气的生物催化剂。OEC的合成、结构和催化机理及其仿生模拟一直是光合领域广受关注的研究热点和难点。近年PSII高分辨率晶体结构研究揭示出OEC是一个特殊的Mn₄CaO₅ 簇合物，这一重要进展使人类可以在原子水平上探讨光合放氧反应的微观机理，同时也为OEC的人工合成提供了重要依据。我们近年来成功合成出结构和理化性能均与生物OEC类似的系列仿生Mn₄CaO₄簇合物，为研究OEC的微观机理提供了理想的化学模型，同时也为发展高效、廉价人工光合作用水裂解催化剂奠定了基础。目前无论是自然光合放氧研究，还是人工光合放氧研究都有大量重要的科学问题亟待深入研究。     

植物光合机构的光破坏防御

植物的光合作用是以太阳光能为根本推动力的复杂的生物合成过程.它将二氧化碳和水等无机物合成碳水化合物等有机物并释放氧气,为地球上包括人类在内的几乎所有的生物提供它们赖以生存、发展和繁荣的物质和能量.     

2012最热门的10大新技术

现代文明的发展离不开科学技术的进步,不断更新的技术逐渐改变了世界的发展进程。以下就是《科学美国人》评选出的2012年最热门的10大新技术。人工合成核酸生物传递遗传信息的主要物质是核酸,其中包括核糖核酸(RNA)和脱氧核糖核酸(DNA)。能否人工合成核酸来帮助生物传递遗传信息?英国研究人员菲利普·霍利格尔等人认为是可能的,因为他们已经合成了可以像DNA那样传递遗传信息的X核酸(XNA)。XNA中的X是不确定的意思,表明XNA并非一种核酸,而是一类核酸。目前,研究人员已经合成的XNA有6种,它们分别是HNA、CeNA、LNA、ANA、FANA和TNA。     

青蒿素可工业化合成研究进展

中国科学家屠呦呦由于在发现青蒿素和治疗疟疾新型疗法上的贡献而获得了2015年诺贝尔生理或医学奖.现如今以青蒿素为先导化合物衍生得到的蒿甲醚和青蒿琥酯等青蒿素类药物是治疗疟疾唯一有效的药物.但目前市售的青蒿素仍是依靠植物黄花蒿的提取,其高效人工合成依然是合成化学领域的一个挑战.由于生物合成青蒿酸的成功实现,使得从青蒿酸到青蒿素的高效化学合成,特别是无光照化学合成工艺的开发,成为人工合成青蒿素能否工业化生产的关键所在.本文从可工业化的角度,简要综述了青蒿素化学合成的研究进展.主要讨论的内容包括青蒿素化学合成的背景、仿生合成的探索以及无光照人工合成的研究等方面,为青蒿素的合成及其相关领域的科研工作者提供一个简单明了的概括.     

超临界二氧化碳协助制备多组分复合材料及在超级电容器方面的应用

采用绿色水热方法合成石墨烯/吡咯气凝胶(G-Py),原位聚合的方法制备碳纳米管/聚苯胺复合材料(CNT/PANI),而后通过超临界二氧化碳的协助制备了一系列G-Py和CNT/PANI的复合材料,并通过红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和Raman光谱研究其结构变化,电化学工作站测试其电性能,从而探究超临界二氧化碳对其结构和性能的影响.研究结果表明,经过超临界二氧化碳协助一步法得到的复合材料具有最优的电性能.电化学测试表明其比电容高达373 F/g,是未经超临界二氧化碳处理制备的复合材料的1.4倍,说明超临界二氧化碳辅助制备是构筑多组分复合材料的一种有效方法.     

人工合成纳米颗粒在水生食物链中的分布、传递及其影响因素

纳米技术作为一种最具有市场应用潜力的新兴科学技术,近十年来在基础理论和应用研究等方面迅猛发展,使其在化工、医疗、电子、能源、环境保护等行业得到了广泛的应用.人工合成纳米颗粒(engineered nanoparticles,ENPs)在纳米产品的整个生命周期中将不可避免地进入水环境,与水生生物直接或间接(营养传递)的接触,从而沿水生食物链进行传递和转移,并影响生物的一系列生命活动.本文以不同水生生物为对象,总结了ENPs在不同类群的生物中的分布特点,着重探讨了ENPs在淡水和海洋食物链中的传递规律,并分析了ENPs性质和水环境因素对传递过程的影响.本文最后对ENPs在水生食物链中的研究现状、前景和面临的挑战进行了分析和展望.