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华东师范张中海最新AM: 用于氮还原的光电催化-微生物的生物杂交
研究概述


在温和条件下将氮(N2)转化为氨(NH3是一项巨大的化学挑战。
基于此,华东师范大学张中海教授Advanced Materials发表题为《Photoelectrocatalytic-Microbial Biohybrid for Nitrogen Reduction》的研究论文。
基于全细胞固氮菌的生物NH3合成是最有前途的策略之一。在这里,光电化学-微生物(PEC-MB)生物杂交体的首次尝试是用于人工固定N2,其中维氏固氮杆菌(A. vinelandii)直接与聚多巴胺封装的氧化镍(NiO)纳米片(NiO@PDA)连接。
凭借PDA层优异的生物粘附活性、高导电性和良好的生物相容性,丰富的A. vinelandii被有效吸附在NiO@PDA上形成NiO@PDA/A. vinelandii生物杂交体,合理设计的生物杂交体实现了1.85 µmol h-1/108个细胞(4.14 µmol h-1 cm-2的历史最高NH3产量。
此外,这种生物杂交体可以在光照下使用PEC模型运行,也可以在黑暗中使用电催化(EC)模型运行,以实现长期和连续的NH3合成。
NiO@PDA/A vinelandii 生物杂交中NH3的合成增强机制,可归因于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸氢 (NADH) 和5-三磷酸腺苷(ATP)浓度的增加以及固氮酶中nifH、nifD和nifK固氮基因的过度表达。
这种创新的PEC-MB生物杂交策略揭示了基本机制,并为可持续化学生产的生物-非生物光合系统的概念提供了证明。
图文解读
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图1:NiO@PDA/A. vinelandii光电微生物生物杂交系统的示意图、NiO纳米片的SEM和TEM图像、NiO@PDA纳米片的SEM和TEM图像,以及Ni、O、N元素的EDS映射图像
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图2:A. vinelandii在NiO@PDA/A. vinelandii生物杂交系统中的活性和生物相容性
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图3:NiO@PDA/A. vinelandii生物杂交系统中氮固定机制的示意图
文献信息
Photoelectrocatalytic-Microbial Biohybrid for Nitrogen Reduction. Advanced Materials, (2024). https://doi.org/10.1002/adma.202407239.




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