Bacteria photosensitized by intracellular gold nanoclusters for solar fuel production

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作者
Hao Zhang,Hao Liu,Zhi‐Quan Tian,Dylan Lu,Yi Yu,Stefano Cestellos-Blanco,Kelsey K. Sakimoto,Peidong Yang
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Springer Nature]
卷期号:13 (10): 900-905 被引量:426
标识
DOI:10.1038/s41565-018-0267-z
摘要

The demand for renewable and sustainable fuel has prompted the rapid development of advanced nanotechnologies to effectively harness solar power. The construction of photosynthetic biohybrid systems (PBSs) aims to link preassembled biosynthetic pathways with inorganic light absorbers. This strategy inherits both the high light-harvesting efficiency of solid-state semiconductors and the superior catalytic performance of whole-cell microorganisms. Here, we introduce an intracellular, biocompatible light absorber, in the form of gold nanoclusters (AuNCs), to circumvent the sluggish kinetics of electron transfer for existing PBSs. Translocation of these AuNCs into non-photosynthetic bacteria enables photosynthesis of acetic acid from CO2. The AuNCs also serve as inhibitors of reactive oxygen species (ROS) to maintain high bacterium viability. With the dual advantages of light absorption and biocompatibility, this new generation of PBS can efficiently harvest sunlight and transfer photogenerated electrons to cellular metabolism, realizing CO2 fixation continuously over several days. A photosynthetic biohybrid system based on non-photosynthetic bacteria that incorporate gold nanoclusters achieves faster electron transfer and more durable solar CO2 fixation.
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