Biological Self-Assembled Transmembrane Electron Conduits for High-Efficiency Ammonia Production in Microbial Electrosynthesis

电合成 氨生产 氨 化学 纳米技术 电化学 生物化学 材料科学 电极 物理化学
作者
Yao Li,Sen Qiao,Meiwei Guo,Liying Zhang,Guangfei Liu,Jiti Zhou
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:58 (17): 7457-7468 被引量:21
标识
DOI:10.1021/acs.est.3c10897
摘要

Usually, CymA is irreplaceable as the electron transport hub in Shewanella oneidensis MR-1 bidirectional electron transfer. In this work, biologically self-assembled FeS nanoparticles construct an artificial electron transfer route and implement electron transfer from extracellular into periplasmic space without CymA involvement, which present similar properties to type IV pili. Bacteria are wired up into a network, and more electron transfer conduits are activated by self-assembled transmembrane FeS nanoparticles (electron conduits), thereby substantially enhancing the ammonia production. In this study, we achieved an average NH4+-N production rate of 391.8 μg·h–1·L reactor–1 with the selectivity of 98.0% and cathode efficiency of 65.4%. Additionally, the amide group in the protein-like substances located in the outer membrane was first found to be able to transfer electrons from extracellular into intracellular with c-type cytochromes. Our work provides a new viewpoint that contributes to a better understanding of the interconnections between semiconductor materials and bacteria and inspires the exploration of new electron transfer chain components.
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