微生物光电化学促进磷酸盐高效矿化方面获新进展

近日，清华大学深圳国际研究生院副教授李兵团队在微生物光电化学促进磷酸盐高效矿化领域取得新进展，相关成果发表于《水研究》。

生物杂化体耦合光敏剂具有优异的光捕获特性，以及生物催化剂高效的催化能力，可利用太阳能高效驱动特定的化学转化过程，成为了目前国内外研究的热点。尽管已有研究表明微生物胞外多糖（EPS）在维持生物杂化体稳定性方面具有重要作用，但其在生物-无机界面光生电子传递过程中的具体机制仍长期缺乏直接证据。

为此，研究团队采用飞秒瞬态吸收光谱技术，结合EPS组分定向分离技术，构建了原位表征体系。研究结果表明，EPS中的蛋白质和氧化还原活性物质如细胞色素、核黄素，能够显著提升光生电子在生物-无机界面的传递速率，而多糖组分则表现出抑制效应。该发现可能为阐释海洋沉积物界面能量转化与物质循环过程提供新的理论视角。

基于上述发现，针对传统磷回收技术存在的微生物代谢效率低、化学法依赖外加碱剂成本高等技术瓶颈，研究团队构建了由希瓦氏菌与光敏半导体材料组成的新型生物杂化系统。他们发现，在光照条件下，该系统能够通过EPS实现光生电子高效传递至微生物胞内，显著提升代谢效率，促进磷酸铵镁（鸟粪石）的生成。同时，光生空穴驱动活性氧生成，有效促进有机质和抗生素类污染物的降解。该研究突破了传统磷回收过程面临的技术瓶颈，展现出高效、绿色、环境友好的应用潜力，为磷酸盐高效资源回收利用提供了新范式。

该研究不仅揭示了微生物界面电子转移在人工体系中驱动磷矿物形成的潜力，也为理解海洋环境中磷酸盐矿物的自然生成路径提供了可借鉴模型，拓展了对海洋磷循环与成矿过程的模拟手段。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123375