近日，农业农村部环境保护科研监测所农田有机污染生物消减创新团队开发了一种新型Fe-N掺杂电极材料，显著提升了基于木质纤维素重构的微生物电极胞外电子传递性能。该研究成果发表在《化学工程学报（Chemical Engineering Journal）》上。

微生物电化学修复系统是一种利用微生物将化学能转化为电能同步刺激污染物降解的新技术，然而微生物与电极之间的电子传递效率低一直是限制其发展的瓶颈问题。

本研究通过将Fe-N共掺杂策略引入木质纤维素衍生碳电极材料，显著优化了电极与外膜细胞色素c之间的界面相互作用，增强了微生物-电极间的直接电子传递效率。采用Fe-N掺杂阳极构建的微生物燃料电池展现出卓越的电化学性能，其最大功率密度达到8163 ± 24 mWm–2，系统运行稳定。改性阳极的电荷转移电阻降至1.2 ± 0.03 Ω，界面电化学反应动力学得到显著改善。Fe-N掺杂不仅提高了电极的导电性和比表面积，为微生物提供了更多的活性位点，还提升了生物膜的活性，使产电菌的相对丰度从33.1%提升至57.1%，促进了胞外电子传递过程。该研究创制了一种高性能碳基电极的方法，为以微生物电子传递理论为基础的生态修复技术研发提供支撑。

图1 Fe-N掺杂加速木质纤维素重构电极电子传递的示意图

该研究得到国家自然科学基金、天津市自然科学基金、中国农业科学院“农科英才”以及中国农业科学院农业绿色低碳基础科学研究中心任务的资助。

原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894724097675

团队简介：https://aepi.caas.cn/zzjg/kynsjg/nyhjwrxfyjzx/204051.htm