碳基能源的使用是現(xiàn)代社會的基石也是現(xiàn)今環(huán)境問題的根源。生物光伏技術(shù)（Biophotovoltaics, BPV）旨在利用自然界的高效的產(chǎn)氧光合系統(tǒng)將太陽光能轉(zhuǎn)化為可利用清潔能源。BPV把產(chǎn)氧光能自養(yǎng)微生物 （比如如藍藻）集成到電化學(xué)池中，通過胞外電子傳遞途徑將水光解產(chǎn)生的電子富集到電極上，進而用于生產(chǎn)電能或者氫能。理論上BPV的光能利用效率可達10%-30%，遠高于生物質(zhì)所能儲存的能量（~1%）。但是，經(jīng)過近十年的發(fā)展，BPV作為一個新興技術(shù)的實際能量效率仍遠低于1%。
在藍藻的胞內(nèi)電子傳遞過程中，電子從水光解到最終的受體需要經(jīng)過復(fù)雜的傳遞途徑。水在光系統(tǒng)II被光解過，依次通過質(zhì)體醌、細胞色素b6f蛋白復(fù)合體傳遞到光系統(tǒng)I，最后用到二氧化碳的固定和其它代謝電子受體。每 一個傳遞步驟都會造成一定量的損耗，也就是電子泄露。比如一部分電子需要用于中和代謝過程中產(chǎn)生的氧自由基；又比如高光照條件下的假環(huán)式電子傳遞（梅勒反應(yīng)）造成了相當(dāng)最的光合電子的損耗。識別這些電子泄露可以有效的防止甚至利用它們，進而提高電子的利用效率和最終的系統(tǒng)光能轉(zhuǎn)化效率。
近日，德國亥姆霍茲環(huán)境研究所賴斌課題組通過對文獻報道的系統(tǒng)性研究，半定量化地鑒別了各個電子泄露途徑以及它們在整個電子傳遞鏈中的貢獻。文中計算了水解光合電子沿著胞內(nèi)電子傳遞途徑到不同新陳代謝電子受體的電子泄漏，并預(yù)測了細胞外電子傳遞速率的潛力。計算得出假環(huán)式電子傳遞和固碳是主要的電子泄漏途徑。文中提出了通過跨學(xué)科的研究方法，建議采用系統(tǒng)與合成生物學(xué)、生物系統(tǒng)工程和材料科學(xué)等集成手段，來降低相關(guān)的電子損耗，最終有可能將生物光伏的光能利用效率比目前的水平提高近兩個數(shù)量級。 論文信息 Electron Leaks in Biophotovoltaics: A Multi-Disciplinary Perspective M.?Sc. Vincent Reilly-Schott, M.?Sc. Jana Gaibler, Dr. Yu Bai, Alicia Mier-Jimenez, M.?Sc Mohammed Qasim, Dr. Bin Lai ChemCatChem DOI: 10.1002/cctc.202400639
