Inorganic-bacterial biohybrids for efficient solar-driven nitrogen fixation

固氮 氮气 化学 微生物学 环境科学 生物 有机化学
作者
Xue Zhou,Dan Wu,Yingjie Zhang,Tianhang Feng,Wenming Zhang,Zhonghai Zhang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 5690-5690 被引量:15
标识
DOI:10.1038/s41467-025-60937-5
摘要

The integration of microbial nitrogen (N2) fixation with photochemical processes using inorganic light-absorbing nanomaterials is a burgeoning field in sustainable energy production. Here, we explore the synergistic combination of inorganic semiconductor nanowires (NWs) with whole-cell microorganisms to create an inorganic-bacterial biohybrid system. Specifically, we employ Cu2O@TiO2 NWs with a core/shell structure to harness sunlight and generate photoexcited electrons. Azotobacter vinelandii, serving as a biocatalyst, adsorbs onto these NWs and facilitates the reception of photoexcited electrons, thereby enhancing the efficiency of the photoelectrochemical N2 fixation reaction (PEC-NRR). The biohybrid system achieves an impressive ammonia (NH3) yield of (1.49 ± 0.05) × 10-9 mol s-1 cm-2 (5.36 ± 0.18 μmol h-1 cm-2). The enhancement in NH3 synthesis within the Cu2O@TiO2 NWs/A. vinelandii biohybrid is attributed to the increased concentrations of nicotinamide adenine dinucleotide-hydrogen (NADH) and adenosine 5’-triphosphate (ATP), as well as the overexpression of N2-fixing genes like nifH and nifD within the nitrogenase enzyme complex. This study underscores the potential of inorganic-bacterial biohybrid systems in solar-chemical conversion, paving the way for more diverse and functional approaches to harnessing solar energy for sustainable chemical production. Converting atmospheric nitrogen (N2) to ammonia (NH3) is challenging. Here, the authors develop a photoelectrochemical biohybrid system for fixing N2 into NH3, which consists of Cu2O/TiO2 nanowires and the N2-fixing diazotroph Azotobacter vinelandii.
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
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
刚刚
1秒前
1秒前
2秒前
科研通AI6.2应助Archie采纳,获得10
2秒前
3秒前
大模型应助晨chen采纳,获得20
3秒前
cyu完成签到 ,获得积分10
3秒前
Fr9nk完成签到,获得积分10
4秒前
淡淡的人达应助plh采纳,获得20
4秒前
恒弟弟完成签到,获得积分20
4秒前
江屿发布了新的文献求助10
4秒前
5秒前
庸人自扰发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
爱笑的听云完成签到,获得积分10
5秒前
5秒前
123发布了新的文献求助10
5秒前
樂意发布了新的文献求助10
6秒前
6秒前
拉拉完成签到,获得积分10
6秒前
故渊丶发布了新的文献求助10
7秒前
夏目完成签到 ,获得积分10
8秒前
热心起眸发布了新的文献求助10
8秒前
8秒前
欢喜夏寒发布了新的文献求助10
8秒前
周鑫鑫周发布了新的文献求助10
8秒前
9秒前
9秒前
10秒前
温柔的芸发布了新的文献求助10
10秒前
情怀应助最强兰博探险家采纳,获得10
10秒前
老实惜海发布了新的文献求助10
10秒前
一二三发布了新的文献求助10
11秒前
11秒前
科研通AI6.4应助樂意采纳,获得10
12秒前
Lin发布了新的文献求助10
14秒前
高贵电源发布了新的文献求助10
15秒前
15秒前
庸人自扰完成签到,获得积分10
15秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Principles of town planning: translating concepts to applications 1000
Management and the Arts 510
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
The Great Hymn to Šamaš 500
Positive Obsession: The Life and Times of Octavia E. Butler 500
Interpolation and Regression Models for the Chemical Engineer: Solving Numerical Problems 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7693141
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9254064
关于积分的说明 19987200
捐赠科研通 7266306
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3291489
关于科研通互助平台的介绍 2447564
邀请新用户注册赠送积分活动 2296919