Bioelectricity and CO2-to-butyrate production using photobioelectrochemical cells with bio-hydrogel

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作者
Zhen Fang,Han Chen,Yuqing Wei,Qunbo Fan,Maoyan Zhu,Yafei Zhang,Junying Liu,Yang‐Chun Yong
出处
期刊:Bioresource Technology [Elsevier BV]
卷期号:398: 130530-130530
标识
DOI:10.1016/j.biortech.2024.130530
摘要

Bio-photoelectrochemical cell (BPEC) is an emerging technology that can convert the solar energy into electricity or chemicals. However, traditional BPEC depending on abiotic electrodes is challenging for microbial/enzymatic catalysis because of the inefficient electron exchange. Here, electroactive bacteria (Shewanella loihica PV-4) were used to reduce graphene oxide (rGO) nanosheets and produce co-assembled rGO/Shewanella biohydrogel as a basic electrode. By adsorbing chlorophyll contained thylakoid membrane, this biohydrogel was fabricated as a photoanode that delivered maximum photocurrent 126 μA/cm3 under visible light. Impressively, the biohydrogel could be served as a cathode in BPEC by forming coculture system with genetically edited Clostridium ljungdahlii. Under illumination, the BPEC with above photoanode and cathode yielded ∼ 5.4 mM butyrate from CO2 reduction, 169 % increase compared to dark process. This work provided a new strategy (nanotechnology combined with synthetic biology) to achieve efficient bioelectricity and valuable chemical production in PBEC.

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