近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院副教授李兵團(tuán)隊(duì)在微生物光電化學(xué)促進(jìn)磷酸鹽高效礦化領(lǐng)域取得新進(jìn)展，相關(guān)成果發(fā)表于《水研究》。
生物雜化體耦合光敏劑具有優(yōu)異的光捕獲特性，以及生物催化劑高效的催化能力，可利用太陽(yáng)能高效驅(qū)動(dòng)特定的化學(xué)轉(zhuǎn)化過(guò)程，成為了目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。盡管已有研究表明微生物胞外多糖（EPS）在維持生物雜化體穩(wěn)定性方面具有重要作用，但其在生物-無(wú)機(jī)界面光生電子傳遞過(guò)程中的具體機(jī)制仍長(zhǎng)期缺乏直接證據(jù)。
為此，研究團(tuán)隊(duì)采用飛秒瞬態(tài)吸收光譜技術(shù)，結(jié)合EPS組分定向分離技術(shù)，構(gòu)建了原位表征體系。研究結(jié)果表明，EPS中的蛋白質(zhì)和氧化還原活性物質(zhì)如細(xì)胞色素、核黃素，能夠顯著提升光生電子在生物-無(wú)機(jī)界面的傳遞速率，而多糖組分則表現(xiàn)出抑制效應(yīng)。該發(fā)現(xiàn)可能為闡釋海洋沉積物界面能量轉(zhuǎn)化與物質(zhì)循環(huán)過(guò)程提供新的理論視角。
基于上述發(fā)現(xiàn)，針對(duì)傳統(tǒng)磷回收技術(shù)存在的微生物代謝效率低、化學(xué)法依賴(lài)外加堿劑成本高等技術(shù)瓶頸，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了由希瓦氏菌與光敏半導(dǎo)體材料組成的新型生物雜化系統(tǒng)。他們發(fā)現(xiàn)，在光照條件下，該系統(tǒng)能夠通過(guò)EPS實(shí)現(xiàn)光生電子高效傳遞至微生物胞內(nèi)，顯著提升代謝效率，促進(jìn)磷酸銨鎂（鳥(niǎo)糞石）的生成。同時(shí)，光生空穴驅(qū)動(dòng)活性氧生成，有效促進(jìn)有機(jī)質(zhì)和抗生素類(lèi)污染物的降解。該研究突破了傳統(tǒng)磷回收過(guò)程面臨的技術(shù)瓶頸，展現(xiàn)出高效、綠色、環(huán)境友好的應(yīng)用潛力，為磷酸鹽高效資源回收利用提供了新范式。
該研究不僅揭示了微生物界面電子轉(zhuǎn)移在人工體系中驅(qū)動(dòng)磷礦物形成的潛力，也為理解海洋環(huán)境中磷酸鹽礦物的自然生成路徑提供了可借鑒模型，拓展了對(duì)海洋磷循環(huán)與成礦過(guò)程的模擬手段。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123375
編輯：李華山
