聚多巴胺功能化大肠杆菌生物电催化剂的构建及其氧还原性能

作     者：白正宇 邢宝凤 牛洋娣 Bai Zhengyu;Xing Baofeng;Niu Yangdi

作者机构：河南师范大学化学化工学院河南新乡453007 

出 版 物：《河南师范大学学报（自然科学版）》 (Journal of Henan Normal University(Natural Science Edition))

年 卷 期：2023年第51卷第5期

页      面：30-36,F0002页

学科分类：07[理学] 070201[理学-理论物理] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金(51922008 52271176) 

主　　题：生物电催化剂 细胞外电子传递 氧还原反应 功能性涂层 微生物燃料电池 

摘      要：细胞外电子传递(Extracellular Electron Transport,EET)能力是影响微生物电催化剂催化活性的关键因素,然而,缓慢的生物-非生物界面EET效率严重限制了微生物燃料电池(Microbial Fuel Cell,MFC)中阴极氧还原反应(Oxygen Reduction Reaction,ORR)的生物电催化性能.通过在单个大肠杆菌(***)细胞表面原位包覆共轭导电聚多巴胺(PDA)功能性涂层,有效提高了微生物细胞的界面导电性和黏附性,并且不影响其生物活性.与天然的大肠杆菌相比,经过PDA修饰的大肠杆菌作为ORR的生物电催化剂时,EET效率显著提高,实现了更大的ORR电催化活性,氧还原电流密度达到2.62 mA·cm^(-2).此外,采用PDA修饰的大肠杆菌作为生物阴极组成的MFC的最大输出功率密度达到95.3μW·cm^(-2),与天然的大肠杆菌相比提高了1.14倍.研究结果表明,共轭导电聚合物PDA具有氨基、酚基等亲水基团,可以提高底物的亲水性,还具有醌基可以加速细胞外呼吸过程中的电子转移,利用其修饰细菌可以赋予细菌更多的额外功能,例如导电性和黏附性,进而有效提高其电催化性能,为制备高活性生物电催化材料以及提高MFC的产电性能提供了一种有前途的策略.