在溫和條件下將氮（N2）轉(zhuǎn)化為氨（NH3）是一項巨大的化學(xué)挑戰(zhàn)。基于此，華東師范大學(xué)張中海教授在Advanced Materials發(fā)表題為《Photoelectrocatalytic-Microbial Biohybrid for Nitrogen Reduction》的研究論文。基于全細(xì)胞固氮菌的生物NH3合成是最有前途的策略之一。在這里，光電化學(xué)-微生物（PEC-MB）生物雜交體的首次嘗試是用于人工固定N2，其中維氏固氮桿菌（A. vinelandii）直接與聚多巴胺封裝的氧化鎳（NiO）納米片（NiO@PDA）連接。憑借PDA層優(yōu)異的生物粘附活性、高導(dǎo)電性和良好的生物相容性，豐富的A. vinelandii被有效吸附在NiO@PDA上形成NiO@PDA/A. vinelandii生物雜交體，合理設(shè)計的生物雜交體實現(xiàn)了1.85 μmol h-1/108個細(xì)胞（4.14 μmol h-1 cm-2）的歷史最高NH3產(chǎn)量。此外，這種生物雜交體可以在光照下使用PEC模型運行，也可以在黑暗中使用電催化（EC）模型運行，以實現(xiàn)長期和連續(xù)的NH3合成。NiO@PDA/A vinelandii 生物雜交中NH3的合成增強機制，可歸因于煙酰胺腺嘌呤二核苷酸氫 (NADH) 和5-三磷酸腺苷（ATP）濃度的增加以及固氮酶中nifH、nifD和nifK固氮基因的過度表達。這種創(chuàng)新的PEC-MB生物雜交策略揭示了基本機制，并為可持續(xù)化學(xué)生產(chǎn)的生物-非生物光合系統(tǒng)的概念提供了證明。圖1：NiO@PDA/A. vinelandii光電微生物生物雜交系統(tǒng)的示意圖、NiO納米片的SEM和TEM圖像、NiO@PDA納米片的SEM和TEM圖像，以及Ni、O、N元素的EDS映射圖像圖2：A. vinelandii在NiO@PDA/A. vinelandii生物雜交系統(tǒng)中的活性和生物相容性圖3：NiO@PDA/A. vinelandii生物雜交系統(tǒng)中氮固定機制的示意圖Photoelectrocatalytic-Microbial Biohybrid for Nitrogen Reduction. Advanced Materials, （2024）. https://doi.org/10.1002/adma.202407239.
