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生物钯纳米粒子可提高微生物燃料电池的生物电生成 Mehdi Tahernia、Maedeh Mohammadifar、Shuai Feng 和 Seokheun Choi * 纽约州立大学宾厄姆顿分校电气与计算机工程系生物电子与微系统实验室，纽约州宾厄姆顿 13902，美国 摘要 具有原位生物钯纳米粒子的电活性细菌可使微生物燃料电池 (MFC) 的功率密度提高 75%。钯纳米粒子由细菌通过生物电化学还原生物合成，并保持与细胞膜结合，促进细菌细胞外电子在细胞电极界面的转移。这项工作彻底改变了人们对细菌在微生物代谢过程中如何生物合成金属纳米粒子的认识，并引入了一种自下而上的新颖方法，以更环保、更经济的方式制造用于可再生能源生产的微生物电化学装置。 关键词 生物钯纳米粒子；生物电化学还原；生物合成；微生物燃料电池 引言 电微生物学是一个新兴的研究领域，研究微生物与外部电极的电子交换和微生物电化学功能 [1, 2]。电微生物学取得了重大进展，带动“电活性细菌”的发现，电活性细菌是能够将电子直接转移到电极的微生物 [3]。通过将电活性细菌纳入微生物燃料电池 (MFC)，这种生物-非生物组合系统利用有机废物产生可再生生物电，同时生产增值化学品/生物燃料，为环境可持续性提供了解决方案 [4, 5]。尽管该技术潜力巨大，但由于其发电量低，其前景尚未转化为应用 [6，7]。由细菌代谢合成的细菌金属纳米粒子因其促进微生物细胞外电子转移的巨大潜力而备受关注 [8-10]。特别是钯纳米粒子 (Pd-NPs) 具有作为电催化剂的巨大潜力 [11]。脱硫弧菌、大肠杆菌和硫还原地杆菌等几种细菌能够将可溶性 Pb(II) 转化为 Pd-NPs，这主要依赖于它们细胞外电子转移的能力 [8，12]。然而，关于原位形成 Pd-NPs 以改善 MFC 发电的研究要么不可用，要么非常有限。在这项工作中，我们展示了原位形成的导电 Pd-NPs 对纸基 MFC 发电的影响。 Pd-NPs 是通过电化学还原 Na2（PdCl4）溶液在 Shewanella oneidensis MR-1 表面直接生物合成的[13]。然后将含有 Pd-NPs 的细菌细胞应用于 MFC 中产生生物电（图 1）。
生物钯纳米粒子可改善微生物燃料电池中的生物电生成
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