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刘嘉玮分享低调的纳米材料合成专家:微生物

核心提示: 10月20日晚上,在华中农业大学图书馆一楼报告厅举行了第203期学术沙龙,由理学院在读博士研究生刘嘉玮分享“低调的纳米材料合成专家:微生物”。

南湖网讯(通讯员:裴晨辰 付婷婷 胡芳花)10月20日晚上,在华中农业大学图书馆一楼报告厅举行了第203期学术沙龙,由理学院在读博士研究生刘嘉玮主讲。刘嘉玮师从韩鹤友教授,主要研究方向为微生物合成纳米粒子及其在新领域的应用。本期报告,刘嘉伟深入浅出地为大家讲述了他为什么踏入微生物与纳米材料这个交叉领域以及在研究过程中有趣又令人欣喜的发现。通过“利用电化学活性微生物合成纳米材料”这一新方法,将其应用于燃料电池电催化剂、表面增强拉曼检测等领域。

报告伊始,刘嘉玮首先以贵金属为切入点,向大家介绍了贵金属就是大家都熟悉的金、银、铂等,并指出在宏观上这些贵重金属的价值除了佩戴观赏、收藏外并未发现其他更有意义的价值,然而在微观领域,这些贵金属在纳米结构中,却具有小尺寸效应、光学效应、良导电性、高催化活性等多方面价值。因此,在燃料电池中常常以贵金属作为催化剂,却因价格昂贵不能得到广泛应用。

受杨培东教授在2016年在《Science》杂志发表关于“微生物成功进行人工光合作用”研究的启发,刘嘉伟想到,可以利用电化学活性微生物表面的还原性蛋白使金属离子固定在膜表面并形成比较规则的纳米材料,微生物合成的纳米材料,既有良好的催化活性,又有较强的生物相容性。如果将这一技术运用到燃料电池上,将显著的提高燃料电池生产效率,大幅度的降低生产成本,为其快速推广铺上一条“高速公路”。在与韩鹤友教授讨论了该想法后,刘嘉伟开始设计实验去完成自己的设想。由于微生物不导电,他碰到了第一个难题,不能检测出微生物合成的纳米材料的电化学活性。通过查找相关文献以及与前辈交流后,经过一番实验探索。最终利用水热处理手段,将微生物生物膜碳化,既不破坏微生物纳米粒子的面貌,又可提高微生物的导电性。终于成功解决了困扰该领域20年的这个难题。

“不断做实验,不断有惊喜。”刘嘉玮笑着说道。在结果检测时,又发现了通过这种方法合成的纳米材料具有双金属合金、载量高、纳米制备过程彩色化等优越性,除此之外,一步完成杂原子的掺杂,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,纳米粒子分散更均匀,催化效率更高。同时利用微生物电驱动力,赋予微生物更强的还原能力,使其能够还原本身不能还原的纳米粒子。以微生物为载体的合成方法,既不需要构建载体,也不需要稳定剂和化学还原剂,很符合绿色环保的原则。最后,刘嘉伟介绍了韩鹤友教授课题组情况,希望大家能够经常交流合作,促进微生物-材料这一交叉领域的发展。

据悉,学术沙龙自召开以来,跨学科、跨院系的思想交流取得良好的反响,生物信息学的学术沙龙系列活动正在筹备策划中,得到了8个课题组的共同发起。以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一条新的研究之路,这也是刘嘉玮团队取得现阶段成果的关键因素。在学术沙龙这平台上,有趣的灵魂相互交流,在交流中碰撞出思想的火花,学科交叉正是在多方面交流互动中产生的。学术沙龙主办方表示,希望为每一位科研人打开一扇更为明亮广阔的思维之窗。 

审核人:李林

责任编辑:兰涵旗
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