Bacteria photosensitized by intracellular gold nanoclusters for solar fuel production

纳米团簇 光合作用 生物相容性 电子转移 纳米技术 人工光合作用 材料科学 太阳能燃料 化学 光化学 光催化 催化作用 生物化学 有机化学
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 [Nature Portfolio]
卷期号:13 (10): 900-905 被引量:526
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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