近期，中国科学技术大学环境科学与工程系在纳米材料-微生物复合人工光合系统研究领域取得新进展。该研究工作揭示了材料-微生物复合人工光合系统中的生物-非生物界面电子传递的基本机制。研究成果以“Reversing Electron Transfer Chain for Light-Driven Hydrogen Production in Biotic-Abiotic Hybrid System”为题，2022年4月4日发表在Journal of the American Chemical Society上（DOI：10.1021/jacs.2c00934）。

材料-微生物复合人工光合系统，通过光捕获材料将光子的能量引入到微生物中，利用微生物胞内的代谢系统作为催化剂实现高效的催化。该系统将无机催化剂与全细胞微生物催化剂的优势相结合，克服了自然光合和人工光合的限制，将光、空气和水高效地转化为化学品，是一项具有发展潜力的太阳能获取和转化技术。为了进一步将反应转向特定的产物，揭示生物-非生物界面电子传递的基本机制和光生电子刺激下的微生物胞内反应对复合人工光合系统至关重要。

针对上述挑战，盛国平教授课题组博士生韩赫兴等利用电活性微生物S.oneidensis MR-1独特的胞外电子传递通路，研究生物-非生物界面电子传递机制。研究发现自组装合成的外膜CdS NPs光照下产生的光生电子可以利用S.oneidensis MR-1的胞外电子传递链，实现从胞外向胞内的跨膜传递，并激活细菌胞内代谢催化网络进行产氢。这项工作揭示了生物-非生物界面电子传递的机制，并为生物-非生物复合人工光合系统提供了初步设计指南。

该工作得到了国家自然科学基金的资助，也获得了合肥同步辐射国家实验室田立娇副研究员和化学与材料科学学院熊宇杰教授课题组支持。

图 光生电子逆转S. oneidensis MR-1胞外电子传递通路并激活胞内催化网络

论文链接：https://doi.org/10.1021/jacs.2c00934