江蘇大學提出一種用于太陽能制氫的無機-生物復合系統

近日，江蘇大學施偉東教授團隊與生物質能源研究院雍陽春教授團隊合作在Advanced Energy Materials發表題為“A Periplasmic Photosensitized Biohybrid System for Solar Hydrogen Production”（doi: 10.1002/aenm.202100256）的研究論文。

光催化分解水產氫是一種理想氫能來源，如何理性設計催化體系從而獲得理想的催化產氫性能是一項艱巨的任務。有研究發現，構筑無機納米材料和微生物復合體系是提高催化性能的有效策略。但是，傳統的無機-生物復合系統在跨膜電子傳遞過程中往往存在效率低下的問題，嚴重限制其光催化活性。

針對這一問題，該論文提出了一種細胞周質敏化的策略。通過將CuInS2/ZnS量子點(QDs)轉位到表達周質氫化酶的希瓦氏菌(Shewanella oneidensis MR-1,SW)細胞中，構建了一個獨特的周質光敏無機-生物雜合細胞（QDs/SW PPBS）復合體系，量子點光敏劑的光激發和電子傳遞過程同時發生在SW細胞的周質中，縮短了電子傳遞的距離，避免了跨膜過程中額外的能量損失，光催化性能較單獨量子點提高了8.6倍。此外，該無機-生物復合體系具有良好的生物兼容性和穩定性，能夠在45 h內高效持續產氫，是目前報道中最穩定的無機-生物復合系統。該工作為構建穩定的太陽能轉化為化學能的全細胞無機/生物復合體系高效提供了一個新的見解和思路。

化學化工學院施偉東教授和生物質能源研究院雍陽春教授為論文共同通訊作者，化學化工學院羅必富和生物質能源研究院王彥齋為論文共同第一作者。

該研究工作獲得國家自然科學基金、中德合作交流等項目的資助。