Highly Efficient Nitrogen‐Fixing Microbial Hydrogel Device for Sustainable Solar Hydrogen Production

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作者
Wang Hee Lee,Chang‐Kyu Yoon,Hyunseo Park,G.-S. Park,Jae Hwan Jeong,Gi Doo,Byoung‐Hoon Lee,Juri Lee,Chan Woo Lee,Megalamane S. Bootharaju,Sung‐Hyuk Sunwoo,Jaeyune Ryu,Chan Woo Lee,Yong‐Joon Cho,Tae‐Wook Nam,Kyung Hyun Ahn,Taeghwan Hyeon,Yeong‐Jae Seok,Dae‐Hyeong Kim
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (52)
标识
DOI:10.1002/adma.202306092
摘要

Abstract Conversion of sunlight and organic carbon substrates to sustainable energy sources through microbial metabolism has great potential for the renewable energy industry. Despite recent progress in microbial photosynthesis, the development of microbial platforms that warrant efficient and scalable fuel production remains in its infancy. Efficient transfer and retrieval of gaseous reactants and products to and from microbes are particular hurdles. Here, inspired by water lily leaves floating on water, a microbial device designed to operate at the air–water interface and facilitate concomitant supply of gaseous reactants, smooth capture of gaseous products, and efficient sunlight delivery is presented. The floatable device carrying Rhodopseudomonas parapalustris , of which nitrogen fixation activity is first determined through this study, exhibits a hydrogen production rate of 104 mmol h −1 m −2 , which is 53 times higher than that of a conventional device placed at a depth of 2 cm in the medium. Furthermore, a scaled‐up device with an area of 144 cm 2 generates hydrogen at a high rate of 1.52 L h −1 m −2 . Efficient nitrogen fixation and hydrogen generation, low fabrication cost, and mechanical durability corroborate the potential of the floatable microbial device toward practical and sustainable solar energy conversion.
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