The photosynthetic overall reaction represents a highly attractive and challenging research direction. Polyoxometalate-cellulose hybrid artificial leaves can improve photosynthetic activity by directed charge transport. At present, the overall reaction is confined to the interaction of gases with liquids, involving micro-substrate conversion in the same reaction system. In this paper, we report on a membranous polyoxometalate-based artificial leaf (3 %Ru3SiW12@cellulose) that efficiently performs 5-hydroxymethylfurfural oxidation coupled with furfural and CO2 reduction, exhibiting high selectivity across two spatially separate reaction systems. Notably, the photocatalysis and charge separation efficiency, facilitated by the regulation of cellulose, have significantly increased, positioning this approach at the forefront of photocatalyst research. Crucially, the artificial leaf is capable of light absorption, charge separation, charge storage, and energy release, allowing for the spatial and temporal decoupling of light and dark reactions. Overall, this study proposes a novel strategy for the development of a promising polyoxometalate-based reaction system with enhanced solar energy utilization.

As the initial step in carbohydrate catabolism in cells, the substrate-specific transporters via active transport and facilitated diffusion play a decisive role in passage of sugars through the plasma membrane into the cytoplasm. The SecY complex (SecYEG) in bacteria forms a membrane channel responsible for protein translocation. This work demonstrates that weakening the sealability of the SecY channel allowed free diffusion of sugars, including glucose, fructose, mannose, xylose, arabinose, and lactose, into the engineered cells, facilitating its rapid growth on a wide spectrum of monosaccharides and bypassing/reducing stereospecificity, transport saturation, competitive inhibition, and carbon catabolite repression (CCR), which are usually encountered with the specific sugar transporters. The SecY channel is structurally conserved in prokaryotes, thus it may be engineered to serve as a unique and universal transporter for bacteria to passage sugars as demonstrated in Escherichia coli and Clostridium acetobutylicum.