Engineered Microalgae‐Material Biohybrid Enhances Carbon‐Negative Hydrogen Production Under Emerging Contaminant Stress

材料科学 碳纤维 制氢 纳米技术 生产(经济) 生化工程 复合材料 有机化学 工程类 复合数 宏观经济学 经济 化学
作者
Wei Wang,Hanzhi Wang,Qirui Wu,Mingxiang Qv,Dian Dai,Li‐Zhi Huang,Liandong Zhu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202519772
摘要

Abstract In this study, a biohybrid composite (CS@PPy@Ca) is developed by encapsulating Chlorella sorokiniana (CS) with a polypyrrole (PPy) inner shell and a CaCO 3 outer layer. This hierarchical coating improved structural robustness and electron transfer, enabling stable performance under stress. Under 1 m M trichloroacetic acid (TCAA), CS@PPy@Ca achieved synergistic enhancement of CO 2 fixation (residual CO 2 <100 ppm) and H 2 production (341.8 ppm), ≈12‐fold higher than pristine CS (28.75 ppm) on day 3. Upon CO 2 supplementation (20% on Day 3), H 2 yield increased to 420 ppm by Day 6, accompanied by a drop in residual CO 2 to 90 ppm, indicating strong CO 2 tolerance and high CO 2 fixation efficiency under environmental stress. Transcriptomic analysis revealed upregulation of key photosynthetic genes, including those encoding photosystem II, ferredoxin, and cytochrome b₆f complex, thereby enhancing electron transport and Calvin cycle activity. Mechanistic studies confirmed that PPy facilitated charge transfer and CaCO 3 reinforced cellular integrity, jointly redirecting metabolism toward improved CO 2 fixation and H 2 production. This work highlights a robust material‐microbe synergy and provides a scalable strategy for CO 2 valorization and sustainable hydrogen production under environmental stress.
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