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我校成功研制高效能微生物纳米催化剂

微生物菌株的参与使纳米电催化效能实现1+1>2

核心提示: 近日,美国《Science》杂志子刊Science Advances在线发表了我校韩鹤友教授课题组与中国科学院城市环境研究所赵峰研究员课题组合作研究成果。该研究成果从化学生物学交叉学科研究的视角,将微生物菌株耦合到化学反应中,为纳米催化剂的制备打开了一条新的研究思路。

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南湖网讯(通讯员 刘嘉玮)近日,美国《Science》杂志子刊Science Advances在线发表了我校韩鹤友教授课题组与中国科学院城市环境研究所赵峰研究员课题组合作研究成果,博士研究生刘嘉玮和郑越为共同第一作者,韩鹤友和赵峰为共同通讯作者,华中农业大学为成果第一单位。

创制电能效率高、抗中毒性强、性价比高、绿色环保的纳米催化剂是燃料电池领域的研究前沿和关键。与传统的化学合成法相比,微生物可以在常温下将金属前体物直接还原在其表面形成金属纳米粒子,无需额外添加还原剂、表面活性剂及固定剂等,大大简化了纳米材料的制备程序,最大限度地减少了环境污染,实现了纳米催化剂制备过程的绿色化。

Shewanella oneidensis MR-1是一株电化学活性模式菌,论文巧妙地将微生物菌体、氧化石墨烯、纳米粒子三者耦合起来,利用石墨烯良好的导电性作为导电介质,把生物合成法与水热反应相结合,将氯钯酸、氯金酸和氧化石墨烯还原成钯、金纳米粒子及还原型氧化石墨烯,并形成良好的空间三维结构。由于微生物菌株与石墨烯形成的特殊结构,不仅防止了纳米粒子在水热反应中的大量聚集,而且最大程度地保持了生物纳米粒子的分散性,同时还促进了钯(Pd)、金(Au)双金属融合成为合金以及氧化石墨烯的还原,并进一步完成了磷(P)、氮(N)、硫(S)的掺杂,使微生物菌体、金属纳米粒子和石墨烯三者之间形成了一个三明治型的三维空间骨架结构,成功制备出了一种高效能的纳米复合催化剂,微生物菌株的参与使纳米电催化效能实现了1+1>2,电催化氧化乙醇和甲酸的mass activity分别为商业钯碳催化剂的6.15倍和6.58倍。

论文从化学生物学交叉学科研究的视角,将微生物菌株耦合到化学反应中,为纳米催化剂的制备打开了一条新的研究思路。

据悉,上述成果是韩鹤友教授课题组近两年继发表J. Phy. Chem. C, 2016, 120, 12305, ACS App. Mate. Interfaces, 2016, 8, 12792, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 15169, J. Mater. Chem. A, 2016, 4, 8029, Nanoscale, 2015, 7, 659,J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 1388系列成果后的又一重要进展。

研究课题得到了国家自然科学基金的资助。

课题组网站:www.hyhan.cn

论文链接: http://advances.sciencemag.org/content/2/9/e1600858

审核人:韩鹤友

责任编辑:蒋朝常
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