Redox biocatalysts are potential catalyst materials that catalyze various industrially important redox reactions with high selectivity and efficiency under mild reaction conditions. In this dissertation, a collaborative catalysis platform combining energy harvesting materials with oxidoreductases is proposed for a sustainable production of value-added fine chemicals. Through material engineering of piezoelectric, thermoelectric, and photochemical materials, wasted energy was directly converted into chemical energy that is further used in enzymatic reactions. The proposed systems catalyzed a variety of redox reactions, including selective hydroxylation reactions, epoxidation reactions, and CO2-to-formate reduction reactions. In summary, this thesis provides a universal strategy for a sustainable redox biocatalytic platform for selective chemical conversions.
산화환원 생체촉매(효소)는 상온 및 상압에서 산업적으로 중요한 다양한 유기화학 반응에 대해 높은 반응 특이성과 효율성을 제공하여, 효율적이고 지속가능한 고부가가치 화합물 생산에 유망한 촉매 물질이다. 본 학위논문에서는 지속가능한 고부가가치 화합물 생산을 위하여, 에너지 하베스팅 소재와 결합된 산화환원 생체촉매의 협업적 촉매 반응 플랫폼을 제안하였다. 압전, 열전, 광화학 에너지 하베스팅 재료의 재료공학적 설계를 통해 주변에서 버려지는 에너지를 생체촉매 반응에서 사용 가능한 화학 에너지로 직접 전환하였고, 이를 활용하여 선택적 하이드록실화 반응, 에폭시화 반응, 이산화탄소 환원 반응과 같은 다양한 산화환원 생체촉매 반응을 촉매 하였다. 이러한 연구를 통해 지속가능형 산화환원 바이오촉매 기반 선택적 화합물 전환 플랫폼에 대한 범용적 전략을 제시하였다.
