Bio-nano方法对氢翻转人工光合作用

人造光合作用系统,结合半导体纳米粒子与non-photosynthetic细菌可以提供一个有前途的可持续生产的太阳能氢燃料的新路线。

其他人工光合作用系统,纳米材料融入生活的微生物已经开发,减少二氧化碳或产生氢,例如。然而,通常它是微生物本身,使产品通过代谢途径,由光活性纳米材料提供必要的辅助电子。

现在的实验室卡拉布伦和托德·克劳斯罗彻斯特大学的我们,已经把这个概念。他们设计了一个新的混合bio-nano系统良好结合光催化半导体纳米粒子使氢与细菌,虽然它没有光合作用或使氢本身,它提供了必要的电子在纳米材料合成氢。

“在此系统中,纳米颗粒催化发生,”布伦说。纳米催化剂的开发和研究是一个非常活跃的领域,因此我们预期反应的范围可能会支持或相关系统将扩大。“这可以克服传统方法的局限性,依靠兼容细菌代谢途径和难以精确控制纳米材料在生物属性。

新系统的纳米材料成分来源于2012年由克劳斯的实验室工作当他的研究小组发现,硒化镉纳米颗粒能吸收光催化制氢在水里。电子源系统是一个化学还原剂,如抗坏血酸。然而,电子转移到纳米颗粒是低效的,需要非常高浓度的任何使用的还原剂是超出实验室研究。

与此同时,布伦花了她的职业生涯研究细胞色素,含铁蛋白质参与电子传递和氧化还原催化。布伦被细菌特别感兴趣Shewanella oneidensis,这是装饰着许多细胞色素。其中一些协助生物体以外的电子转移范围广泛的底物,包括金属离子和固体金属氧化物粒子。

作为一个长期的合作者与托德光化学制氢项目,我开始怀疑Shewanella硒化镉可能参与细胞外的电子传递,”布伦说。这将基本上取代抗坏血酸的营养Shewanella,最喜欢的是乳酸,丰富的发酵废水,布伦解释说。

为了找到答案,团队尝试几种不同的配置,但发现最简单的系统效果最好:应变Shewanella oneidensis这是在厌氧条件下培养与硒化镉纳米晶体。这些被放置在绿色led,不断动摇了文化焦虑不安。

包含硒化镉的微生物形成的生物膜,保持催化地活跃更长时间比以前的系统与抗坏血酸。结果表明,该系统产生氢为大约一个星期,可以激活通过补充营养。

“这是一个高度创新的方法,”评论Nikhil Malvankar耶鲁大学,调查电子传递蛋白,我们。他建议在未来的概念可以应用到其他细菌,使用毛发状纳米线的蛋白质,而他的实验室研究,而不是像photosensitisers无机半导体纳米晶体,可以是有毒的,他解释道。

布伦的研究小组已经发现系统不工作在较高的硒化镉浓度由于纳米颗粒的毒性。然而,她说,他们正在研究的方法。我们计划研究电子转移途径和理解因素决定制氢催化速率和效率,但我们是刚刚开始,”布伦说。我喜欢想象我们可能使用一些变异的分布式太阳能制氢系统使用浪费乳酸作为廉价的营养来源,”她补充道。