據外媒報道，一個(gè)由加州大學(xué)洛杉磯分校領(lǐng)導的工程師和化學(xué)家團隊在開(kāi)發(fā)微生物燃料電池方面邁出了一大步--該技術(shù)利用天然細菌從廢水中的有機物中提取電子以產(chǎn)生電流。一項詳細說(shuō)明這一突破的研究已發(fā)表在《科學(xué)》上。
這項研究的論文共同通訊作者、加州大學(xué)洛杉磯分校塞繆里工程學(xué)院材料科學(xué)與工程系教授兼主任Yu Huang表示：“利用廢水中發(fā)現的細菌的活體能量回收系統為環(huán)境可持續性努力提供了一記重拳。細菌的自然種群可以通過(guò)分解有害的化學(xué)物質(zhì)來(lái)幫助消除地下水的污染?，F在，我們的研究還展示了一種從這一過(guò)程中利用可再生能源的實(shí)用方法。”
該團隊專(zhuān)注于Shewanella屬細菌，這些細菌因其能源生成能力而被廣泛研究。它們可以在所有類(lèi)型的環(huán)境中--包括土壤、廢水和海水--生長(cháng)和繁殖，而不受氧氣水平的影響。
沙瓦氏菌物種自然地將有機廢物分解成更小的分子，電子是代謝過(guò)程的副產(chǎn)品。當這些細菌在電極上長(cháng)成薄膜時(shí)，一些電子可以被捕獲并形成一個(gè)微生物燃料電池進(jìn)而產(chǎn)生電力。
然而，由單胞沙瓦氏菌驅動(dòng)的微生物燃料電池以前沒(méi)有從細菌中捕獲足夠的電流，進(jìn)而以使該技術(shù)在工業(yè)上具有實(shí)用性。很少有電子能快速移動(dòng)到足以逃離細菌的膜并進(jìn)入電極以提供足夠的電流和功率。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員在由一種氧化石墨烯組成的電極上添加了銀的納米顆粒。這些納米顆粒釋放出銀離子，細菌利用其新陳代謝過(guò)程中產(chǎn)生的電子將其還原為銀納米顆粒，然后融入其細胞中。一旦進(jìn)入細菌體內，銀顆粒就像微型傳輸線(xiàn)一樣捕捉細菌產(chǎn)生的更多電子。
該研究的論文另一位通訊作者、加州大學(xué)洛杉磯分?；瘜W(xué)和生物化學(xué)教授Xiangfeng Duan指出：“將銀納米粒子加入細菌中就像為電子創(chuàng )造了一條專(zhuān)用快車(chē)道，這使得我們能以更快的速度提取更多的電子。”
隨著(zhù)電子傳輸效率的大幅提高，所產(chǎn)生的銀浸泡的Shewanella薄膜向外部電路輸出了80%以上的代謝電子并產(chǎn)生了每平方厘米0.66毫瓦的功率--比以前微生物基燃料電池的最佳值高出一倍以上。
隨著(zhù)電流的增加和效率的提高，這項由美海軍研究辦公室支持的研究表明，由銀-沙瓦氏菌混合細菌驅動(dòng)的燃料電池可能為實(shí)際環(huán)境中的足夠功率輸出鋪平道路。
該團隊專(zhuān)注于Shewanella屬細菌，這些細菌因其能源生成能力而被廣泛研究。它們可以在所有類(lèi)型的環(huán)境中--包括土壤、廢水和海水--生長(cháng)和繁殖，而不受氧氣水平的影響。
沙瓦氏菌物種自然地將有機廢物分解成更小的分子，電子是代謝過(guò)程的副產(chǎn)品。當這些細菌在電極上長(cháng)成薄膜時(shí)，一些電子可以被捕獲并形成一個(gè)微生物燃料電池進(jìn)而產(chǎn)生電力。
然而，由單胞沙瓦氏菌驅動(dòng)的微生物燃料電池以前沒(méi)有從細菌中捕獲足夠的電流，進(jìn)而以使該技術(shù)在工業(yè)上具有實(shí)用性。很少有電子能快速移動(dòng)到足以逃離細菌的膜并進(jìn)入電極以提供足夠的電流和功率。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員在由一種氧化石墨烯組成的電極上添加了銀的納米顆粒。這些納米顆粒釋放出銀離子，細菌利用其新陳代謝過(guò)程中產(chǎn)生的電子將其還原為銀納米顆粒，然后融入其細胞中。一旦進(jìn)入細菌體內，銀顆粒就像微型傳輸線(xiàn)一樣捕捉細菌產(chǎn)生的更多電子。
該研究的論文另一位通訊作者、加州大學(xué)洛杉磯分?；瘜W(xué)和生物化學(xué)教授Xiangfeng Duan指出：“將銀納米粒子加入細菌中就像為電子創(chuàng )造了一條專(zhuān)用快車(chē)道，這使得我們能以更快的速度提取更多的電子。”
隨著(zhù)電子傳輸效率的大幅提高，所產(chǎn)生的銀浸泡的Shewanella薄膜向外部電路輸出了80%以上的代謝電子并產(chǎn)生了每平方厘米0.66毫瓦的功率--比以前微生物基燃料電池的最佳值高出一倍以上。
隨著(zhù)電流的增加和效率的提高，這項由美海軍研究辦公室支持的研究表明，由銀-沙瓦氏菌混合細菌驅動(dòng)的燃料電池可能為實(shí)際環(huán)境中的足夠功率輸出鋪平道路。
