In-situ modification of nickel electrode by coupling the microbial corrosion and microbial reduction using Shewanella oneidensis for enhanced electrocatalysis

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作者
Jun-Lin Li,Jianli Mi,Zhuo-Lin Qing,Hao Hu,Jia Si-yuan,Junying Liu,Yang‐Chun Yong
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:495: 153176-153176
标识
DOI:10.1016/j.cej.2024.153176
摘要

Shewanella oneidensis is a facultative anaerobe with the ability to use different terminal electron donors and acceptors. Therefore, S. oneidensis can be used either as an oxidizing agent for microbial corrosion of metals or as a reducing agent for microbial synthesis of metal nanoparticles depending on the metal type. Herein, we have shown that S. oneidensis MR-1 can be used for both microbial corrosion of nickel foam (NF) and microbial synthesis of Ni nanoparticles under environmentally benign conditions. It is found that S. oneidensis MR-1 can accelerate the corrosion process to form metal hydroxides on the surface of NF in the presence of Fe3+, and the obtained electrode shows improved electrocatalytic activity toward oxygen evolution reaction with an overpotential of 0.265 V to achieve a current density of 10 mA cm−2. However, the corrosion process of NF by S. oneidensis MR-1 is severely inhibited in the presence of Fe2+. In addition, aside from the corrosion process of NF, we have for the first time shown that Ni nanoparticles can be synthesized by the reduction of Ni2+ ions using S. oneidensis MR-1. The results show that the microbial energy metabolism of S. oneidensis MR-1 facilitates the electron transfer from electron-donating NF to the electron-accepting metal ions (Fe3+, Ni2+) across the microbes, coupling the corrosion process (Ni → Ni2+) and metal ions reductions (Fe3+ → Fe2+, Ni2+ → Ni), which demonstrates great potential for in-situ modification of electrode with microorganism and provides new avenue for electrode fabrication.
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