Fe3O4 nanozyme coating enhances light‐driven biohydrogen production in self‐photosensitized Shewanella oneidensis‐CdS hybrid systems

舍瓦内拉 过氧化氢 化学 活性氧 羟基自由基 涂层 化学工程 光化学 细菌 有机化学 生物化学 激进的 生物 遗传学 工程类
作者
Yuelei Wang,Yuqi Liu,Ning Zhao,Jueyu Wang,Yue Yang,Daizong Cui,Min Zhao
出处
期刊:Biotechnology Journal [Wiley]
卷期号:18 (12)
标识
DOI:10.1002/biot.202300084
摘要

Abstract Solar‐driven biohybrid systems that produce chemical energy are a valuable objective in ongoing research. However, reactive oxygen species (ROS) that accompany nanoparticle production under light radiation severely affect the efficiency of biohybrid systems. In this study, we successfully constructed a two‐hybrid system, Shewanella oneidensis ‐CdS and S. oneidensis ‐CdS@Fe 3 O 4 , in a simple, economical, and gentle manner. With the Fe 3 O 4 coating, ROS were considerably eliminated; the hydroxyl radical, superoxide radical, and hydrogen peroxide contents were reduced by 66.7%, 65.4%, and 72%, respectively, during light‐driven S. oneidensis ‐CdS hydrogen production. S. oneidensis ‐CdS@Fe 3 O 4 showed a 2.6‐fold higher hydrogen production (70 h) than S. oneidensis ‐CdS. Moreover, the S. oneidensis ‐CdS system produced an additional 367.8 μmol g‐dcw −1 (70 h) of hydrogen compared with S. oneidensis during irradiation. The apparent quantum efficiencies of S. oneidensis ‐CdS and S. oneidensis ‐CdS@Fe 3 O 4 were 6.2% and 11.5%, respectively, exceeding values previously reported. In conclusion, a stable nanozyme coating effectively inhibited the cytotoxicity of CdS nanoparticles, providing an excellent production environment for bacteria. This study provides a rational strategy for protecting biohybrid systems from ROS toxicity and contributes to more efficient solar energy conversion in the future.
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