Since the increasing of fossil fuel consumption and the lack of achievement in the research for alternative energy, the concentration of carbon dioxide in atmosphere is continuously growing. The research of conversion and capturing carbon dioxide has been focused because carbon dioxide is known as the main cause of global warming. Conversion carbon dioxide to fuel material can be both the solution for environmental crisis and the alternative energy requirement. One of the efficient ways to reduce $CO_2$ is using enzymatic reactions. Formate dehydrogenase can convert carbon dioxide to formate by using dihydronicotinamide adenine dinucleotide (NADH). Photocatalytic NADH regeneration has been studied because enzymatic reaction requires co-enzyme. Previously reported photocatalytic NADH regeneration required a sacrificial agent as an electron donor and an expensive noble metal include electron mediator. Therefore, this research introduces the water oxidation based NADH regeneration without not only an electron mediator but also an electron donor. A synthesized composite photocatalyst with bismuth vanadate and polymerized graphitic carbon nitride can oxidize water to obtain electrons for NADH regeneration. $O_2$ evolution from water and the reduction of NADH from $NAD^{+}$ was detected instantaneously. With improved NADH yield and optimization process, a sustainable $CO_2$ duction system can be a practical solution to climate change.
화석 연료의 사용량의 증가와 대체 에너지 연구가 현재의 에너지 소비를 충족시키지 못함에 따라 대기 중 이산화탄소 농도는 계속해서 증가하고 있다. 이산화탄소는 지구 온난화를 야기시키는 온실 가스 중 가장 많은 부분을 차지하고 있고, 이에 따라 전환 및 포집 기술에 대한 연구가 진행 중이다. 이산화탄소를 환원해서 연료로 재사용할 수 있게 된다면 기후 변화 등 환경문제와 더불어 훌륭한 대체 에너지원으로서 가치가 있기 때문에 이산화탄소 전환 연구가 최근 주목을 받고 있는 추세이다. 효소를 사용한 이산화탄소 환원 반응은 효율 면에서 높은 가능성을 가지고 있는데 효소반응 중 소모되는 조효소의 재생성반응 연구는 이를 위해 중요하다. 이산화탄소 환원반응에 사용되는 효소는 포름산 탈수소효소로 조효소인 니코틴아마이드다이뉴클레오타이드가 산화되며 이산화탄소를 환원하여 포름산을 생성하게 된다. 광촉매를 사용한 조효소 재생성 연구는 추가적인 에너지 소모가 없이 풍부한 태양에너지를 사용한다는 점에 있어서 최근 각광을 받고 있다. 광촉매를 기반으로 한 조효소 재생성 연구는 전자 전달체와 전자 공여체가 있는 조건 속에서 조효소가 재생성된 결과가 보고된 바가 있다. 이에 본 연구에서는 광촉매적 물 산화반응을 기반으로 하여 전자 전달체와 전자 공여체가 없는 환경에서 조효소를 재생성하는 시스템 연구에 초점을 두었다. 물 산화반응 광촉매로 잘 알려진 BiVO4 를 기반으로 하여 carbon nitride 의 중합반응을 통해 복합 촉매를 합성하여 실험한 결과 물 산화반응과 동시에 NADH 의 40% 대의 NADH 재생성 결과를 얻었다. 추가적인 최적화 과정을 거친다면 이러한 광촉매를 통한 물 산화반응 기반의 조효소 재생성 시스템은 향후 이산화탄소 환원 연구의 대안으로서 제시 될 수 있을 것으로 보인다.
