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新加坡国立大学刘斌院士最新Chem: 半导体/微生物复合体系用于太阳能到化学能转化

邃瞳科学云 · 公众号 · · 2024-11-22 10:36

正文

第一作者：Wentao Song

通讯作者：刘斌

通讯单位：新加坡国立大学

论文DOI： https://doi.org/10.1016/j.chempr.2024.10.018

内容介绍

构建半导体/微生物复合体系实现太阳能到化学能的转化受到了广泛的关注。然而，复杂的多学科特征和对生物/材料界面的理解不足阻碍了生物/非生物体系的实际应用。对此，新加坡国立大学刘斌院士团队总结了当前生物/非生物体系用于半人工光合作用的基本机制并讨论生物/非生物界面面临的挑战以及未来的发展方向。首先，对半人工光合作用和电活性细菌的细胞外电子转移机制进行了全面的概述；然后，详细讨论了生物非生物杂交系统在制氢、二氧化碳减排、固氮和化学合成的最新成就。最后，探讨了当前生物/非生物复合体系面临的挑战并针对性地提出了未来的研究方向。

本文亮点

(1) 对生物/非生物复合体系界面的电子转移进行了深入探讨，总结现阶段半导体/微生物复合体系的进展，并对如何构建高效的电子转移的杂化界面提供了建议。

(2) 深入讨论了现阶段生物杂化体系面临的挑战和问题，并提出一些具有前景的研究方向和解决方案。

图文解析

图1. 生物/非生物混合体系实现太阳能到化学能的转化：光催化和生物杂化系统的基本原理和机制；细胞外电子转移向内的生物合成过程和向外的微生物燃料电池过程；太阳能驱动制氢、二氧化碳减排、固氮等生物混合系统的最新进展和化学合成，以及生物混合系统用于太阳能到化学转化的挑战和机会。

图2. 从光催化到半人工光合作用：从人工光合作用到半人工光合作用的基本机理。

图3. 半导体/微生物复合体系在制氢方面的进展：近年来半导体微生物复合体系在光催产氢方面的进展。

图4. 生物/非生物体系未来一些有前景的研究方向：有机半导体，单原子催化，串联的生物混合系统，基因工程技术。

图5. 生物/非生物体系未来一些有前景的技术和研究手段：瞬态光谱，原位成像，理论计算和机器学习等。

总结与展望

这项工作总结了半导体/微生物体系用于半人工光合作用的进展和挑战，尤其对于生物/非生物界面的电子转移进行了深入探讨，对这个领域的未来发展提供了指导和借鉴意义。

文献信息

Wentao Song, Xinyue Zhang, Wanrong Li, Bowen Li, Bin Li. Engineering biotic-abiotic hybrid systems for solar-to-chemical conversion. Chem (2024). DOI: https://doi.org/10.1016/j.chempr.2024.10.018 .

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