研究人员试图制造高度可持续的可再生能源设备

研究人员利用3D打印技术剑桥大学制造网格状的高层“纳米住宅”，让喜爱阳光的细菌快速生长。

然后，研究人员就有可能提取细菌的废弃电子，这些电子是光合作用遗留下来的，并利用它们为小型电子设备供电。

其他研究人员从光合细菌中提取能量;然而，剑桥大学的研究人员发现，为细菌提供合适的环境可以提高它们提取能量的数量，提高了一个数量级。

这种方法与传统的可再生生物能源发电技术相比具有竞争力，并且已经达到了太阳能转换效率，可能超过目前几种生物燃料发电方法。

研究结果已发表在自然材料日报》。研究结果为生物能源发电的新途径奠定了基础，并表明太阳能的“生物混合”能源可以成为零碳能源组合的重要组成部分。

目前的可再生技术，如硅基太阳能电池和生物燃料，在碳排放方面远远超过化石燃料。然而，它们也有局限性，比如回收方面的挑战、对采矿的依赖以及对农业和土地利用的信念，这些都会导致生物多样性的丧失。

我们的方法是朝着未来制造更可持续的可再生能源设备迈出的一步．

张燕妮博士，剑桥大学优素福·哈米德化学系首席研究员

张和她来自生物化学系和材料科学与冶金系的合作者正在努力将生物能源转化为可扩展和可持续的东西。

光合细菌或蓝藻是地球上最丰富的生命形式。多年来，科学家们一直试图“重新布线”蓝藻的光合作用机制，以从它们身上提取能量。

你能从光合系统中提取多少能量，这是一个瓶颈，但没有人知道瓶颈在哪里。大多数科学家认为瓶颈是在生物方面，在细菌方面，但我们发现，一个实质性的瓶颈实际上是在物质方面．

张燕妮博士，剑桥大学优素福·哈米德化学系首席研究员

为了生长，蓝藻需要大量的阳光——就像夏天的湖面一样。此外，为了提取它们通过光合作用产生的能量，细菌需要固定在电极上。

剑桥大学的研究小组用金属氧化物纳米粒子3d打印出定制电极，这些电极是为蓝藻进行光合作用而定制的。电极被打印成高度分支，密集排列的柱状结构，类似于一个小城市。

张的团队开发了一种打印方法，可以控制多种长度尺度，从而使结构高度可定制。这样做可以使许多领域受益。

电极具有极佳的光处理性能，就像有很多窗户的高层公寓。蓝藻需要一些它们可以附着的东西，并与它们的邻居形成一个社区。我们的电极可以在大量的表面积和大量的光线之间取得平衡——就像一座玻璃摩天大楼．

张燕妮博士，剑桥大学优素福·哈米德化学系首席研究员

自组装蓝藻一进入新的“有线”家园，科学家们就发现，与生物燃料等其他现有生物能源技术相比，它们的效率更高。这种方法比其他从光合作用中产生生物能的技术增加了一个数量级以上的能量提取量。

张说:“我很惊讶我们能够达到我们所达到的数字——类似的数字已经被预测了很多年，但这是第一次通过实验证明这些数字”。

”蓝藻是多功能的化学工厂。我们的方法使我们能够在早期就进入它们的能量转换途径，这有助于我们了解它们是如何进行能量转换的，这样我们就可以利用它们的自然途径来生产可再生燃料或化学发电张补充道。

这项研究得到了生物技术和生物科学研究委员会、剑桥信托基金、艾萨克·牛顿信托基金和欧洲研究委员会的部分资金支持。Jenny Zhang是剑桥大学化学系BBSRC David Phillips研究员和科珀斯克里斯蒂学院研究员。

期刊引用:

陈,X。,等．(2022)用于高性能半人工光合作用的3d打印分层柱阵列电极。自然材料．doi.org/10.1038/s41563 - 022 - 01205 - 5．

来源:https://www.cam.ac.uk/