Reversing Electron Transfer Chain for Light-Driven Hydrogen Production in Biotic–Abiotic Hybrid Systems

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作者
Hexing Han,Li‐Jiao Tian,Dong‐Feng Liu,Han‐Qing Yu,Guo‐Ping Sheng,Yujie Xiong
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:144 (14): 6434-6441 被引量:119
标识
DOI:10.1021/jacs.2c00934
摘要

The biotic-abiotic photosynthetic system integrating inorganic light absorbers with whole-cell biocatalysts innovates the way for sustainable solar-driven chemical transformation. Fundamentally, the electron transfer at the biotic-abiotic interface, which may induce biological response to photoexcited electron stimuli, plays an essential role in solar energy conversion. Herein, we selected an electro-active bacterium Shewanella oneidensis MR-1 as a model, which constitutes a hybrid photosynthetic system with a self-assembled CdS semiconductor, to demonstrate unique biotic-abiotic interfacial behavior. The photoexcited electrons from CdS nanoparticles can reverse the extracellular electron transfer (EET) chain within S. oneidensis MR-1, realizing the activation of a bacterial catalytic network with light illumination. As compared with bare S. oneidensis MR-1, a significant upregulation of hydrogen yield (711-fold), ATP, and reducing equivalent (NADH/NAD+) was achieved in the S. oneidensis MR-1-CdS under visible light. This work sheds light on the fundamental mechanism and provides design guidelines for biotic-abiotic photosynthetic systems.
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