光能易获取、能量充足,是公认的未来人类最安全、最绿色、和最理想的替代能源之一。天然光合作用可以直接利用光能固定空气中的CO2合成有机物,但光合作用的效率较低(通常低于1%)。近年来发展的半导体材料-微生物人工杂合体系,同时结合了高效捕获光能的半导体材料和高特异性催化的微生物细胞,已经成功实现:(1)使不能利用光能的微生物能利用光能(从不能到能);(2)提高天然光合作用效率(从低效到高效)。但目前,材料吸收光能产生的电子,仅有小部分被微生物细胞利用,因此杂合体系光能到化学能的转化,还远未发挥其潜在优势,其根本原因是材料-微生物界面能量和物质传递和转化机制不清、效率低。
北京时间12月23日,南方科技大学机械与能源工程系陈熹翰课题组与中国科学院深圳先进技术研究院合成所材料合成生物学研究中心高翔课题组在ACS Energy Letters合作发表题为 “Ultrafast electron transfer in Au–Cyanobacteria Hybrid for Solar to Chemical Production” 的文章。该工作构建了金纳米颗粒-蓝细菌杂合体,将光能驱动CO2合成化学品的效率提高14%。通过瞬态吸收光谱直接观察到金纳米颗粒(Au)吸收光能产生的电子,可以直接被蓝细菌细胞快速吸收。为解析电子在材料-微生物界面传递机制提供基础。
南方科技大学博士生胡秋实、深圳先进技术研究院研究助理胡海涛、博士后崔蕾为文章的共同第一作者。南方科技大学陈熹翰副教授和深圳先进技术研究院高翔副研究员为文章共同通讯作者。
图 2. 金纳米颗粒-蓝细菌杂合体原位瞬态吸收光谱分析。
PI与课题组简介:
高翔,副研究员,博士生导师,获批中科院人才引进计划青年项目。团队研究领域为材料合成生物学,实验室主要方向:设计和构建材料-微生物人工杂合体,以材料“武装”细菌,构建人工“光细胞”,研究其构筑原理,提高光能驱动空气中CO2固定合成化学品的效率。近年来以第一作者和通讯作者(含共同)在Nature Chemistry、Energy & Environmental Science、Science Advances、Metabolic Engineering 等发表多篇文章,“谷歌学术”引用超过1000次。主持国自然面上项目、深圳市重点项目、参与国自然重点项目和合成生物学重点研发计划等。长期招收相关方向的博士后和联合培养的博士生,欢迎联系:gaoxiang@siat.ac.cn。