微生物燃料電池（MFCs）是一種新興技術(shù)，可以在微生物的幫助下降解污染物并同時發(fā)電。然而，它們在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨關(guān)鍵挑戰(zhàn)，包括陰極缺乏高效且具有成本效益的催化劑。
河南師范大學(xué)白正宇教授和楊林教授，在《Nature Sustainability》發(fā)表題為Sustainable power generation from sewage with engineered microorganisms as electrocatalysts的研究論文。
研究團(tuán)隊利用可持續(xù)的陰極生物催化劑構(gòu)建高性能的MFC，可以實(shí)現(xiàn)快速處理污水并具有競爭力的電力輸出。
該催化劑設(shè)計基于大腸桿菌細(xì)胞，通過耦合基因和納米工程，表現(xiàn)出優(yōu)異的氧還原反應(yīng)活性（電流密度為3.32 mA cm2，起始電位為0.63 V），并加速污水污泥中有機(jī)物的凈化。
值得注意的是，在100小時內(nèi)，葡萄糖消耗量達(dá)到了高達(dá)19.4 mM的水平，最大功率密度為334 μW cm2。
MFC裝置示意圖、發(fā)電能力評估和含葡萄糖污水處理能力。
通過表征和理論計算表明，促成化學(xué)作用的是細(xì)胞內(nèi)膜間細(xì)胞色素c中鐵中心的獨(dú)特構(gòu)型。此項研究不僅為電催化劑的合理設(shè)計開辟了新途徑，而且還表明了使用MFCs解決環(huán)境問題的可行性。
文獻(xiàn)信息：Niu, Y., Xue, D., Dai, X. et al. Sustainable power generation from sewage with engineered microorganisms as electrocatalysts. Nat Sustain (2024). https://doi.org/10.1038/s41893-024-01383-x
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