據(jù)外媒報道，一個由加州大學(xué)洛杉磯分校領(lǐng)導(dǎo)的工程師和化學(xué)家團隊在開發(fā)微生物燃料電池方面邁出了一大步--該技術(shù)利用天然細菌從廢水中的有機物中提取電子以產(chǎn)生電流。一項詳細說明這一突破的研究已發(fā)表在《科學(xué)》上。

這項研究的論文共同通訊作者、加州大學(xué)洛杉磯分校塞繆里工程學(xué)院材料科學(xué)與工程系教授兼主任Yu Huang表示：“利用廢水中發(fā)現(xiàn)的細菌的活體能量回收系統(tǒng)為環(huán)境可持續(xù)性努力提供了一記重拳。細菌的自然種群可以通過分解有害的化學(xué)物質(zhì)來幫助消除地下水的污染。現(xiàn)在，我們的研究還展示了一種從這一過程中利用可再生能源的實用方法。”

該團隊專注于Shewanella屬細菌，這些細菌因其能源生成能力而被廣泛研究。它們可以在所有類型的環(huán)境中--包括土壤、廢水和海水--生長和繁殖，而不受氧氣水平的影響。

沙瓦氏菌物種自然地將有機廢物分解成更小的分子，電子是代謝過程的副產(chǎn)品。當(dāng)這些細菌在電極上長成薄膜時，一些電子可以被捕獲并形成一個微生物燃料電池進而產(chǎn)生電力。

然而，由單胞沙瓦氏菌驅(qū)動的微生物燃料電池以前沒有從細菌中捕獲足夠的電流，進而以使該技術(shù)在工業(yè)上具有實用性。很少有電子能快速移動到足以逃離細菌的膜并進入電極以提供足夠的電流和功率。

為了解決這個問題，研究人員在由一種氧化石墨烯組成的電極上添加了銀的納米顆粒。這些納米顆粒釋放出銀離子，細菌利用其新陳代謝過程中產(chǎn)生的電子將其還原為銀納米顆粒，然后融入其細胞中。一旦進入細菌體內(nèi)，銀顆粒就像微型傳輸線一樣捕捉細菌產(chǎn)生的更多電子。

該研究的論文另一位通訊作者、加州大學(xué)洛杉磯分?；瘜W(xué)和生物化學(xué)教授Xiangfeng Duan指出：“將銀納米粒子加入細菌中就像為電子創(chuàng)造了一條專用快車道，這使得我們能以更快的速度提取更多的電子。”

隨著電子傳輸效率的大幅提高，所產(chǎn)生的銀浸泡的Shewanella薄膜向外部電路輸出了80%以上的代謝電子并產(chǎn)生了每平方厘米0.66毫瓦的功率--比以前微生物基燃料電池的最佳值高出一倍以上。

隨著電流的增加和效率的提高，這項由美海軍研究辦公室支持的研究表明，由銀-沙瓦氏菌混合細菌驅(qū)動的燃料電池可能為實際環(huán)境中的足夠功率輸出鋪平道路。