污染物降解与转化中微生物电子传递蛋白复合(氧化)石墨烯的调控机制

摘要

废水中广泛存在的有毒有害污染物可以被一大类胞外呼吸微生物,即电化学活性微生物(Electrochemically active bacteria,EAB)所利用,并实现废弃物的能源化转化.在该过程中,微生物电子传递链中的功能蛋白发挥了重要作用,而转化效率则受到了生物-无机界面电子传递速率的限制.本研究工作以提高微生物胞外电子转移速率及生物电化学系统(BES)的能量转换效率为目标,阐明了外膜蛋白细胞色素c与氧化石墨烯之间的相互作用机制和电子转移动力学性质,获得了BES电极表面的优化原则.基于此,将石墨烯表面修饰EAB内源性氧化还原媒介分子核黄素作为微生物膜生长基底,在体系中形成了外膜蛋白/核黄素/石墨烯的框架结构,有效地提高了BES的能量转换效率和稳定性,促进了污染物的能源化转化.在以后的研究中,可以在外膜蛋白与电极之间加入多种不同的媒介分子,从而形成氧化还原电势梯度,降低界面电子转移的能量损耗,进一步提升BES的污染物转化和能量转换效率.