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一支由加州大学洛杉矶分校（UCLA）带领的工程师和化学家团队在微生物燃料电池的开发上取得了重大进展：这是一种利用天然细菌从废水中的有机物中提取电子产生电流的技术。其研究于近日发表在《科学》（Science）杂志上。
“生物能源回收系统利用废水中发现的细菌，针对环境的可持续性发展打出了一记组合拳。”该论文的共同作者，UCLA 亨利·塞缪尔利工程与应用科学学院的材料科学与工程系教授兼系主任Yu Huang表示，“细菌的自然种群可以通过分解有害的化学物质来净化地下水。现在，我们的研究也展示了一种在这一过程中利用可再生能源的实用方法。”
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该团队关注的细菌属希瓦氏菌（Shewanella） ，该细菌的“发电能力”已被广泛研究 。它们可以在各类环境中生长繁殖——包括土壤、废水和海水中——无需考虑其中氧气含量水平。
希瓦氏菌属可以自然地将有机废物分解成更小的分子，代谢过程产生的副产物为电子。 当细菌以薄膜的形式在电极上生长时，一些电子可以被捕获，形成一个可以发电的微生物燃料电池。
然而，由奥奈达希瓦氏菌（Shewanella oneidensis）供能的微生物燃料电池此前无法从细菌中捕获足够的电流，使这项技术无法用于实际工业应用。因为很少有电子移动的速度足以逃脱细菌细胞膜进入电极，以提供足够的电流和功率。
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为了解决这个问题， 研究人员在由一种氧化石墨烯组成的电极上添加了银纳米粒子。纳米粒子释放银离子，细菌利用其代谢过程产生的电子将其还原为银纳米粒子，然后将其整合到细胞中。一旦进入细菌内部， 银颗粒就像微型传输线一样，捕捉更多细菌产生的电子。
“向细菌内部添加银纳米颗粒像创建了一个电子专用的快车道，让我们能够以 更快的速度提取出更多的电子，”Xiangfeng Duan说，他是该研究的另一位通讯作者，也是UCLA的化学及生化教授。
随着电子传输效率大幅提高，被注射了银纳米颗粒的希瓦氏菌膜向外部电路多输出了80%以上的代谢电子，产生了每平方厘米0.66毫瓦的功率，是此前效果最好的微生物燃料电池的两倍以上。
这项由美国海军研究办公室（Office of Naval Research）支持的研究表明，随着电流的增加和效率的提高，由银-希瓦氏菌属混合细菌所驱动的燃料电池，有望在实际应用中输出足够的功率。
撰文：UCLA塞缪尔利工程学院新闻办公室
翻译：曾欣欣
审校：董子晨曦
引进来源：加州大学洛杉矶分校
本文来自：中国数字科技馆
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