实现光-电催化在能源密集型CO₂减排方面的理论潜力，以实现循环能源经济，是一项正在进行的研究。光-生物电催化结合了经过数十亿年进化而来的生物实体，用于高效捕光、光诱导电荷分离或在温和的条件下可持续和选择性地合成复杂的高能产品。虽然现有的光-生物电催化CO₂还原系统大多是受自然启发或仿生而来，但其性能在稳定性和效率方面都受到了严重限制。实用、高效的光生物电催化CO₂还原系统的设计需要多学科方法的有机结合。生物杂化材料融合了生物和非生物光电催化系统各自的优点，并利用材料、合成化学、合成生物学等方面的进展来解决反复出现的问题，是引导这一系统设计的一种灵活的工具。

近日，犹他大学Shelley D. Minteer广泛地总结了现有的光-生物电催化CO₂还原技术及其在性能方面存在的主要问题，以及为促进更广泛的适用性所需的未来改进。

文章要点

1）作者总结了生物催化剂的种类、光敏剂的带隙、相容性以及生物-非生物单元之间的界面、整个电池的结构和性能(如互补半电池反应、pH等)等影响生物杂化材料性能的关键因素。

2）随着生物杂化设计的日益复杂，目前光-生物电催化CO₂还原发展仍然存在的问题包括：调节多变系统的复杂性、太阳能的间歇性、生物-非生物界面的电化学沟通不良、CO₂溶解有限，以及微生物电合成和电催化CO₂还原普遍存在的其他问题。

参考文献

Weliwatte and Minteer, Photo-bioelectrocatalytic CO₂ reduction for a circular energy landscape, Joule (2021),

DOI：10.1016/j.joule.2021.08.003

https://doi.org/10.1016/j.joule.2021.08.003