银与细菌“携手”,微生物燃料电池效率倍增

  近日,美国加州大学洛杉矶分校(UCLA)领导的团队在微生物燃料电池领域取得重大突破。他们利用天然细菌从废水有机物中提取电子,产生了可观的电流,这一成果于当地时间9月16日刊登在《科学》杂志中。

微生物燃料电池,电子传输

    UCLA教授Yu Huang说:“用废水中发现的细菌构筑能源回收系统,为环境可持续性注入了新活力。细菌可通过分解有害化合物净化地下水。现在,我们借鉴这一过程,建立了一套生产可再生能源的方法。”

微生物燃料电池,电子传输

*搭载了银纳米粒子的微生物燃料电池。

  在新研究中,Huang关注了希瓦氏菌属(Shewanella)细菌。希瓦氏菌拥有突出的发电能力,常常被广泛关注,可以在土壤、废水和海水等各种环境中茁壮成长,并且不会挑剔氧气水平。希瓦氏菌能够自然地将有机废物分解成小分子,并在代谢过程中产出副产品——电子。当细菌在电极上形成细菌薄膜时,可以捕获部分电子,形成微生物燃料电池。然而,此前由希瓦氏菌驱动的微生物燃料电池从未形成足够的电流,因而不具有工业应用价值。

  为了解决这个问题,研究人员在一种石墨烯氧化物电极上添加了银纳米粒子。纳米粒子释放出银离子,细菌代谢过程产生的电子将其还原为纳米银粒子,然后整合到细胞中。纳米银粒子在进入细菌内部后,会像微观传输线一般,捕获更多由细菌产生的电子。UCLA化学和生物化学教授Xiangfeng Duan说:“纳米银粒子就像一条专属电子的快车道,加快了提取电子的速率,并提高了捕获电子的数量。”

微生物燃料电池,电子传输

  随着电子传输效率的提高,注入了纳米银粒子的希瓦氏菌菌膜能够将超过80%的代谢电子输出到外部电路,产生0.66毫瓦/平方厘米的功率——这几乎是目前最好的微生物燃料电池功率的两倍左右。研究人员表示,随着电流的增加和效率的提高,基于希瓦氏菌-银杂交的燃料电池有望具备实用价值。

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