站长之家 - 业界 2022-03-08 15:30

“微小摩天大楼”电极:让提高蓝绿藻的生物能源产量

长期以来,科学家们一直在研究将阳光、二氧化碳和水转化为能量的光合细菌的能力。近日,通过给这些群体提供一个类似于高层公寓楼的家,一个团队在这一领域取得了新的进展。这些微小的“纳米住房”网格创造了最佳环境,其不仅促进了这些细菌的快速生长而且还将它们的能量收集潜力提升到了新的高度。

光合细菌也被称为蓝藻细菌,也许更熟悉的是蓝绿藻,它们可以在所有类型的水中找到,在那里它们利用阳光来制造自己的食物。它们对这项任务的自然熟练程度激发了许多有发展前景的可再生能源研究途径,从发电的仿生蘑菇到吸收二氧化碳的藻类燃料生物反应器再到为商业人工光合作用系统提供蓝图的独立解决方案。

蓝藻细菌在像湖面这样的环境中茁壮成长。它们需要大量的阳光来生长,剑桥大学的一个团队取得了一项突破,它则是通过试验更好地满足这些需求而产生。该团队要考虑的另一件事是,为了收集它们通过光合作用产生的任何能量,这些细菌需要连接到电极上。通过制作也能促进细菌生长的电极,科学家们有效地试图让自己能够一石二鸟。

领导这项研究的Jenny Zhang博士表示:“就你能从光合作用系统中实际提取多少能量而言,这里一直存在着一个瓶颈,但没有人明白这个瓶颈在哪里。大多数科学家认为瓶颈在生物方面,在细菌方面,但我们发现,一个实质性的瓶颈实际上是在材料方面。”

研究小组使用3D打印技术生产由金属氧化物纳米颗粒制成的电极,这些纳米颗粒被排列成密集的支柱组,就像一个小城市。这座城市则是蓝藻的宿主,蓝藻以极高的效率产生电力,以至于该系统将可从蓝藻中提取的能量增加了一个数量级以上。

Zhang说道:“我很惊讶我们能达到我们所做的数字--类似的数字已经被预测了很多年,但这是第一次在实验中显示这些数字。蓝藻细菌是多功能的化学工厂。我们的方法使我们能在早期挖掘它们的能量转换途径,这有助于我们了解它们是如何进行能量转换的,因此我们可以利用它们的自然途径进行可再生燃料或化学品生产。”

该方法的另一个优势是,打印技术可以适应于生产不同高度和规模的结构,这意味着小城市可以被定制,从而潜在地适应一系列的应用。因此,这项研究不仅显示了如何更好地捕捉来自这种形式的光合作用的能量,而且围绕电极设计开辟了新的可能性。

Zhang指出:“这些电极有很好的光处理性能,就像一个有很多窗户的高层公寓。蓝藻细菌需要一些它们可以附着的东西并跟它们的邻居形成一个社区。我们的电极允许在大量的表面积和大量的光线之间取得平衡--就像一座玻璃摩天大楼。”

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