Temporal-Spatial Changes in Viabilities and Electrochemical Properties of Anode Biofilms

生物膜 阳极 介电谱 硫化地杆菌 扩散 图层(电子) 电极 电化学 化学 材料科学 扩散层 化学工程 纳米技术 细菌 生物 遗传学 热力学 物理 工程类 物理化学
作者
Dan Sun,Shaoan Cheng,Aijie Wang,Fujian Li,Bruce E. Logan,Kefa Cen
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:49 (8): 5227-5235 被引量:212
标识
DOI:10.1021/acs.est.5b00175
摘要

Sustained current generation by anodic biofilms is a key element for the longevity and success of bioelectrochemical systems. Over time, however, inactive or dead cells can accumulate within the anode biofilm, which can be particularly detrimental to current generation. Mixed and pure culture (Geobacter anodireducens) biofilms were examined here relative to changes in electrochemical properties over time. An analysis of the three-dimensional metabolic structure of the biofilms over time showed that both types of biofilms developed a live outer-layer that covered a dead inner-core. This two-layer structure appeared to be mostly a result of relatively low anodic current densities compared to other studies. During biofilm development, the live layer reached a constant thickness, whereas dead cells continued to accumulate near the electrode surface. This result indicated that only the live outer-layer of biofilm was responsible for current generation and suggested that the dead inner-layer continued to function as an electrically conductive matrix. Analysis of the electrochemical properties and biofilm thickness revealed that the diffusion resistance measured using electrochemical impedance spectroscopy might not be due to acetate or proton diffusion limitations to the live layer, but rather electron-mediator diffusion.
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