石墨烯/血红素仿生涂层促进电活性微生物产电的效应和机理研究

摘要：

阳极输出效率是决定生物电化学系统(BESs)能否实现工程化应用的基础和关键.但微生物/阳极界面的低效电子传递阻碍了 BESs整体输出效率的进一步提升.本研究通过模拟细胞色素c构建了一种石墨烯/血红素(GN/Hemin)复合仿生材料修饰的高性能BESs阳极.通过监测电活性菌ShewanellaloihicaPV-4的电能输出动态,证实了修饰涂层对微生物/阳极界面电子传递的促进功效.结果表明,菌株PV-4利用GN/Hemin修饰阳极的最大电流密度为7.28 μA·cm-2,比无修饰阳极电流(0.65 μA·cm-2)高出10.2倍.电化学分析显示,GN/Hemin涂层显著降低了微生物/阳极界面的电荷转移阻抗,并显著提高了阳极的电化学催化活性.此外,GN/Hemin涂层能够使无产电性能的Geobacter sulfurreducens DL1突变株(Gs-ΔomcZ)恢复产电,表明GN/Hemin具有类OmcZ功能.本研究为BESs提供了一种简易的高性能阳极仿生修饰策略,同时考虑到OmcZ独特的高导电性能,石墨烯/血红素涂层的类OmcZ功能的发现将具有重要的科学和应用价值.

关键词：生物电化学系统;胞外电子传递;细胞色素c;石墨烯/血红素仿生涂层;阳极修饰

所属期刊栏目：42

分类号：X172;X13(环境生物学)

资助基金：国家自然科学基金No.42077218

在线出版日期：2022-04-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：146-155