生物质碳点促进微生物产能

微生物燃料电池利用电活性菌氧化代谢有机底物,将化学能转化为电能,是近年来绿色能源生产和环境污染修复的新兴技术。木质素是自然界蕴藏最丰富的芳香生物质,具有极大的经济竞争性,其在微生物燃料电池中主要是解聚生产平台化合物,然而,利用木质素促进微生物产能(例如产电、产氢、污染物降解等)的工作相对较少。本报告围绕"构筑高电子传递特性的木质素基碳点,强化微生物发电,并对其相关机制进行揭示"展开。通过水热法,以精制的木质素磺酸盐和邻苯二胺为原料,制备木质素基碳点,该碳点与功能菌属协同作用强化产能。研究木质素基碳点的结构、组成,并揭示其成炭机制发现,木质素本身具有芳环共轭结构,其水热炭化形成的碳点具有较大 π 共轭结构;解析该碳点的 π 共轭结构与其电子传递特性的构效关系,即,π 共轭结构越大,电子传递加快。研究该碳点的 π 共轭结构对微生物产电的调控规律发现,碳点与微生物协同作用构筑电子传递通道,加快微生物的电子传递,并加速微生物新陈代谢,进而促进微生物发电,同时,碳点的光生电子转导给细菌蛋白也会加速其新陈代谢。该碳点修饰的微生物燃料电池的最大电流较空白对照组提升～10倍。该工作的意义在于利用经济价值高的木质素资源制备大 π 共轭结构碳点,强化微生物高效发电,并对其相关机制进行诠释,为拓展并推进木质素促进微生物发电奠定基础。