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巧构微生物“导电外衣”,微生物燃料电池性能的新突破

能源危机和环境污染引起越来越多的关注,寻求能够代替传统化石燃料的绿色清洁能源成为一种重要的趋势。微生物燃料电池的工作条件温和、催化剂和燃料来源广泛、成本低,既是一种重要的新能源技术,也可作为潜在的污水处理技术。不过,由于产电性能的不足,微生物燃料电池的实际应用仍然受限。导电纳米材料具有比表面积大、导电性良好、易于功能化等特点,优化微生物燃料电池阳极的组分和结构可以提高阳极与产电微生物之间的相互作用以及产电微生物的附着面积,有利于改善微生物燃料电池的性能。然而,随着阳极表面生物膜的形成,生物膜表层中产电微生物产生的电子通过内层不导电的产电微生物传递到阳极,大幅度降低了产电微生物的胞外电子传递效率。


近日,新加坡南洋理工大学张其春教授(点击查看介绍)团队和南京大学生命分析化学国家重点实验室朱俊杰教授(点击查看介绍)团队合作,在单个产电微生物表面原位形成聚吡咯,相当于为产电微生物穿上“导电外衣”,改变了阳极材料与产电微生物的作用方式,使得生物膜中各个位置产电微生物产生的电子均可通过聚吡咯快速传递到阳极,显著提高了产电微生物与电极之间的胞外电子传递,产电微生物的导电性提高了23倍,组建的微生物燃料电池的输出功率密度也提高了14倍。值得注意的是,聚吡咯的包裹可以对产电微生物的活性起到保护作用,抵抗电池运行过程中产生的有毒物质,因此该微生物燃料电池在长期稳定性方面也同样表现优异。该工作不仅为微生物燃料电池提供了一种性能提高的全新策略,也为微生物引入一种通用的导电涂层,极大地推动微生物燃料电池、生物体表面修饰、生物电子器件等领域的发展。


这一成果发表在Angewandte Chemie International Edition 上,并选作Hot Paper和Back Cover。文章的第一作者是南京大学的宋荣斌博士,南京大学的张剑荣教授,新加坡南洋理大学的曹彬教授、Joachim Loo教授对该工作做出重要贡献。该工作已被Science Daily、Spectroscopy Now、Fuel Cells Works、Phys.org、Chemistry Views、Asian Scientist、Nanowerk、Chemie.de、Eurek Alert、Power System Design等作为专题报道。


该论文作者为:Rong-Bin Song, YiChao Wu, Dr. Zong-Qiong Lin, Jian Xie, Chuan Hao Tan, Prof. Joachim Say Chye Loo, Prof. Bin Cao, Prof. Jian-Rong Zhang, Prof. Jun-Jie Zhu, Prof. Qichun Zhang

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Living and Conducting: Coating Individual Bacterial Cells with In Situ Formed Polypyrrole

Angew. Chem. Int. Ed., 2017, 56, 10516, DOI: 10.1002/anie.201704729


导师介绍

张其春

http://www.x-mol.com/university/faculty/4466

朱俊杰

http://www.x-mol.com/university/faculty/11600


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