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Nature Communications∣光解水的生物光伏电化学反应器

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Nature Communications∣光解水的生物光伏电化学反应器

Nature Communications∣光解水的生物光伏电化学反应器

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2023-04-06

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导读：作者以类囊体膜构建了生物-光-电化学（BPEC）池，展示了如何通过一个简单的过程将水裂解为氢和氧。从菠菜中提取的类囊体被引入到含有铁氰化物缓冲溶液的BPEC池中，在太阳模拟照明下，电子经铁/亚铁氰化物

“Nature Communications∣光解水的生物光伏电化学反应器”

文献信息：

Roy I. Pinhassi, Dan Kallmann, Gadiel Saper, Hen Dotan, Artyom Linkov, Asaf Kay, Varda Liveanu, Gadi Schuster, Noam Adir & Avner Rothschild. Hybrid bio-photo-electro-chemical cells for solar water splitting.

https://doi.org/10.1038/ncomms12552

Nature Conmmunications 影响因子：17.694

背景介绍

采用光电化学技术将水分解成氢和氧具有极大的前景。

在这里，作者以类囊体膜构建了生物-光-电化学（BPEC）池，展示了如何通过一个简单的过程将水裂解为氢和氧。从菠菜中提取的类囊体被引入到含有铁氰化物缓冲溶液的BPEC池中，在太阳模拟照明下，电子经铁/亚铁氰化物转移到BPEC池的阳极处，可产生0.5 mA/cm^-2的电流密度。在偏压为0.8 V时，阴极可发生析氢反应。由BPEC电池和硅光伏组件组成的串联电池实现了整体水分裂，太阳能到氢的效率为0.3%。

这些结果表明了将天然光合膜和人造光伏电池结合起来，将太阳能转化为氢燃料的前景。

图文解读

图1 BPEC池

（a）BPEC池的示意图。

（b）负载在FTO电极表面的菠菜的膜的扫描电镜图像。

图2 在三电极模式下的光电流测量值

（a）不同电极电位下的光电流密度。

（b）在0.5 V_Ag/AgCl2条件下，铁氰化钾浓度对光电流密度的影响。

（c）类囊体浓度对光电流密度的影响。

图3 光诱导的铁氰化钾还原破坏了类囊体的光合活性

（a）在黑暗(D)或光照(L)中孵育10 min后，无（Null）或有3 mM亚铁/铁氰化钾孵育后，，从类囊体中获得的残余光电流和DCPIP还原情况。

（b）批量操作模式，每10 min更换一次损坏的类囊体。

图4 光合电子沿着QB位点由铁氰化钾获取

（a）光合电子流的流向示意图。垂直箭头表示外源性电子受体，垂直虚线表示电子流抑制剂。

（b）类囊体的相对光电流。

（c）用DBMIB（5 mM）测量的相对光活性。

（d）光合系统II中铁氰化钾和DCBQ还原的相对光电流和光活性。

图5 不同光照射下的光量子效率

图6 双电极模式测量结果

（a）光电流（黑色曲线）和阳极电位（蓝色方块）、阴极电位（红色三角形）作为阳极和阴极之间施加的偏置的函数。

（b）在0.6 V、1.0 V和1.0 V添加0.5 mM DCMU条件下的析氢速率。

（c）BPEC池中电子的转移途径的示意图。

（d）H₂的产生速率。

图7 PV-BPEC串联池

（a）串联池的照片。

（b）串联池中电子转移途径的说明。

（c）存在（红色方块）或不存在（黑色菱形）抑制剂DCMU时，阴极处的析氢情况。

（d）入射光强度对串联池产生的光电流（蓝色曲线）和氢累积功率（红色曲线）的影响。

文章链接：

https://doi.org/10.1038/ncomms12552

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