全球化石能源的持续消耗带来了CO_2大量排放导致的温室效应及能源短缺问题,将CO_2作为资源制备燃料及化学品可以形成碳循环经济,实现CO_2减排和资源再利用的双重目标,因而CO_2转化利用势在必行。微生物发酵转化CO_2定向产酸技术是一种新型CO_2转化利用技术,能够低成本,高选择性地将CO_2转化为高价值羧酸化学品。但是此技术通常存在反应路径复杂,速率慢以及效率低等问题。本研究针对以上问题,提出化学催化与生物催化有机结合的催化剂与微生物耦合体系,利用固体催化剂对CO_2高效吸附活化性能加速微生物体系制备中链羧酸(C6-C12)的效率。基于以上,本研究以微生物发酵转化CO_2定向产酸为主要目的,展开系列条件探究实验确定较适宜CO_2定向产中链羧酸运行条件,并在此条件下构建催化剂耦合微生物反应体系,继而通过催化剂表征与微生物宏组学分析进一步阐明耦合体系的调控机制。本文所得结果如下:(1)研究了适宜的CO_2定向产中链羧酸运行条件。首先本研究开展了H_2/CO_2气体比例为4:1、2:1、1:1、1:2及1:4的系列实验。结果表明H_2/CO_2比为2:1反应器中获得最优产中链羧酸性能,其中最大己酸产量为1303.4 mg/L,是其他气体比例反应器的2.5-3.6倍。结合产酸过程关键酶丰度,2:1反应器中与H_2利用相关的氢化酶和与CO_2转化相关的甲酸脱氢酶丰度最高,说明2:1条件下对气体的利用效率最高。随后本研究开展了分别在25 ~oC和35 ~oC下p H为4、5、6、7、8、9和10的系列实验。结果表明35 ~oC时p H为6的条件下制备中链羧酸性能最优,同时高通量测序结果表明此条件下碳链延长功能微生物丰度最高,与产酸结果相互印证。综上,适宜的产中链羧酸条件如下:Ipatasertib临床试验H_2/CO_2比例为2:1以及35 ~oC下p H为6。(2)在适宜产酸条件下,成功构建了催化剂耦合微生物反应体系。耦合体系中最大己酸产量为2701.1 mg/L,乙酸产量为13895.5mg/L,分别较空白组提升93.2%和50.7%;固碳总量为1927.1 m L,是空白组的1.9倍。因此,从产物生成和气体消耗方面Pt/Fe_2O_3催化剂对微生物制备中链羧酸体系具有优异的调控作用。(3)明确了催化剂的调控机制与微生物的代谢机理。首先通过XRD,N_2吸附-脱附分析,XPS等手段测试分析了催化剂的物相组成、结构特征和表面化学状态。通过原位漫反射傅里叶红外光谱对通入CO_2后催化剂表面吸附物种经时变化情况进行分析,结果表明在催化剂表面发现了丙酮酸物种的生成。结合微生物宏组学分析可知丙酮酸进入微生物体内一步更多转化为乙酰辅酶A,与传统乙酰辅酶A合成路径的八个步骤相比,本研究中搭建的丙酮酸转化路径显著提升了微生物代谢速率。乙酰辅酶A继而经由逆β氧化途径将短链羧酸延长为己酸等中链羧酸。关键物种Anaerosalibacter sp.Marseille-P3206是丙antibiotic antifungal酮酸转化及碳链延长途径中最重要的功能微生物。