《微生物燃料電池中細菌自介導胞外電子傳遞機理研究》是依託西南大學，由喬琰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：微生物燃料電池中細菌自介導胞外電子傳遞機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：喬琰
- 依託單位：西南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
微生物燃料電池是近幾年綠色能源領域研究的熱點，具有燃料來源廣泛，能量轉化效率高，操作環境溫和，成本低廉無污染等優點，但是其較低的輸出功率密度使其離大規模生產套用還有較大距離。提高陽極微生物與電極間電子傳遞的效率是目前微生物燃料電池發展面臨的一大挑戰。目前微生物與電極之間電子傳遞的機理研究主要集中在直接電子傳遞機制，而對於細菌自分泌介體所介導電子傳遞途徑的了解甚少。申請人擬在對大腸桿菌胞外電子傳遞過程的初步研究（ChemComm,2008,1290; ChemComm,2009,6183）基礎上，進一步明確陽極微生物自介導的胞外電子傳遞過程。本項目以綠膿桿菌和大腸桿菌為研究對象，利用納米探針，結合電化學、色譜、質譜、紅外光譜等分析技術，研究內生介體的種類與分子結構，介體在細菌與電極界面的濃度分布，電池環境對介體產生以及細菌代謝的影響等，並建立細菌自介導胞外電子傳遞模型。
結題摘要
微生物燃料電池是近幾年綠色能源領域研究的熱點，具有燃料來源廣泛，能量轉化效率高，操作環境溫和，成本低廉無污染等優點，為了提高其輸出功率以及電子轉移效率，往往通過對電極的修飾或結構最佳化實現高反應活性面積。然而，提高陽極微生物與電極間電子傳遞的效率目前仍然是制約陽極性能的主要問題。當前微生物與電極之間電子傳遞的機理研究主要集中在直接電子傳遞機制，而對於細菌自分泌介體所介導電子傳遞途徑的了解甚少。本項目以綠膿桿菌、大腸桿菌K12菌株和腐敗希瓦氏菌CN32菌株為研究對象，利用粉末微電極對細菌在微生物燃料電池放電過程中自分泌介體的行為進行了實時分析，尤其是針對綠膿桿菌，通過比較不同放電時間以及陽極室中不同位點的吩嗪濃度變化情況總結出了綠膿桿菌陽極吩嗪自分泌行為的模型。研究結果表明，放電過程會促進細菌分泌更多的電子介體，而放電初期電壓上升的過程也依賴於電子介體濃度的增加。對於不具備直接電子傳遞能力的綠膿桿菌而言，生物膜的形成依然會促進產電效率的提高，其原因就是細菌生物膜形成的同時會富集大量的電子介體到電極表面，從而增加了細菌與電極界面的介體濃度，使更多的介體參與界面電子傳遞。另一方面本項目也對黃素介導的希瓦氏菌CN32菌株在不同納米結構表面的電化學行為進行了初步探討，發現3-5nm的介孔結構可能是最適於黃素介導的界面電子傳遞，為今後進行納米結構界面的自介導電子傳遞機理研究打下了基礎。
