Experimental and Theoretical Insights into Bienzymatic Cascade for Mediatorless Bioelectrochemical Ethanol Oxidation with Alcohol and Aldehyde Dehydrogenases

化学 催化作用 乙醇 醇脱氢酶 酒精氧化 乙醛 醛脱氢酶 醋酸 直接乙醇燃料电池 无机化学 有机化学 质子交换膜燃料电池
作者
Taiki Adachi,Tomoko Miyata,Fumiaki Makino,Hideaki Tanaka,Keiichi Namba,Kenji Kano,Keisei Sowa,Yuki Kitazumi,Osamu Shirai
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:13 (12): 7955-7965 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acscatal.3c01962
摘要

The efficient utilization of biomass fuels is a critical component of a sustainable energy economy. Via respiration, acetic acid bacteria can oxidize biomass ethanol into acetic acid using membrane-bound alcohol and aldehyde dehydrogenases (ADH and AlDH, respectively). Focusing on the ability of these enzymes to interact directly and electrically with electrode materials, we constructed a mediatorless bioanode for ethanol oxidation based on a direct electron transfer (DET)-type bienzymatic cascade by ADH and AlDH. The three-dimensional structural data of ADH and AlDH elucidated by cryo-electron microscopy were valuable for effectively designing electrode platforms with multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) and pyrene (Py) derivatives. DET-type bioelectrocatalysis by ADH and AlDH was improved by using 1-pyrene carboxylic acid-functionalized MWCNTs. The catalytic current densities for bienzymatic ethanol oxidation were recorded at the bioanodes modified by various ADH/AlDH ratios. The reaction model was constructed by focusing on the competitive adsorption of two enzymes on the electrode surface and the collection efficiency of the intermediately produced acetaldehyde. The power output of an ethanol/air biofuel cell using the bienzymatic bioanode reached 0.48 ± 0.01 mW cm–2, which is the highest value reported for ethanol biofuel cells. In addition, the Faraday efficiency of acetate production by the cell reached 100 ± 4%. This study will lead to efficient conversion of biomass fuels based on a multi-catalytic cascade system.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
小李子发布了新的文献求助10
1秒前
wy18567337203发布了新的文献求助10
2秒前
2秒前
zh_li完成签到,获得积分10
3秒前
pluto应助狐尼克采纳,获得10
4秒前
Orange应助轻语采纳,获得10
4秒前
可爱的函函应助HouYv采纳,获得10
4秒前
健忘雁易完成签到 ,获得积分10
4秒前
樊小雾发布了新的文献求助10
5秒前
破故纸发布了新的文献求助20
5秒前
英姑应助Perrylin718采纳,获得10
5秒前
隐形觅翠发布了新的文献求助10
5秒前
chen完成签到,获得积分10
6秒前
蓝色雪狐发布了新的文献求助10
6秒前
Zzzzzzz发布了新的文献求助30
7秒前
7秒前
keyantongxiaosen完成签到,获得积分10
7秒前
8秒前
跳跃的邪欢完成签到,获得积分10
8秒前
zwhy完成签到,获得积分20
8秒前
情怀应助芝士采纳,获得10
8秒前
多情高丽完成签到 ,获得积分10
9秒前
无奈冥完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
9秒前
10秒前
小满完成签到,获得积分10
10秒前
李爱国应助朴实涵菡采纳,获得10
10秒前
10秒前
10秒前
xuan完成签到,获得积分10
10秒前
云墨完成签到 ,获得积分10
11秒前
华清引完成签到,获得积分10
11秒前
舆上帝同行完成签到,获得积分10
11秒前
迷人的天抒应助zzd采纳,获得10
12秒前
纪梵希发布了新的文献求助10
12秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
12秒前
12秒前
烟花应助小唐采纳,获得10
13秒前
经竺完成签到,获得积分10
13秒前
高分求助中
Picture Books with Same-sex Parented Families: Unintentional Censorship 1000
A new approach to the extrapolation of accelerated life test data 1000
ACSM’s Guidelines for Exercise Testing and Prescription, 12th edition 500
Nucleophilic substitution in azasydnone-modified dinitroanisoles 500
不知道标题是什么 500
Indomethacinのヒトにおける経皮吸収 400
Phylogenetic study of the order Polydesmida (Myriapoda: Diplopoda) 370
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 冶金 细胞生物学 免疫学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3977279
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3521546
关于积分的说明 11208673
捐赠科研通 3258557
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1799294
邀请新用户注册赠送积分活动 878161
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 806810