Nitrogen-doped carbon dots boost microbial electrosynthesis via efficient extracellular electron uptake of acetogens

电合成 化学 细胞外 固氮 固碳 氮气 固氮酶 碳纤维 生物化学 纳米技术 材料科学 有机化学 电极 物理化学 复合材料 复合数 电化学 光合作用
作者
Jiaping Hu,Cuiping Zeng,Guangli Liu,Haiping Luo
出处
期刊:Bioresource Technology [Elsevier]
卷期号:: 131390-131390
标识
DOI:10.1016/j.biortech.2024.131390
摘要

This study investigated the molecular mechanism behind the highly efficient performance of nitrogen-doped carbon dots (NCDs)-assisted microbial electrosynthesis systems (MESs). The impact of NCDs (C:N precursor = 1:0.5–1:3) on acetogens were examined in the biocathode. The highest electrocatalytic performance was observed with NCDs1:1. The maximum acetate production rate of 1.9 ± 0.1 mM d−1 was achieved in NCDs1:1 modified MESs, which was 26.7–216.7 % higher than other MESs (0.6–1.5 mM d−1). With NCDs1:1 modified, the biocathode exhibited a 125.3–186.8 % increase in the abundance of Sporomusa, and 38.5–104.6 % increase in cytochrome expression (cydAB, cybH). Transcriptome confirmed that cytochromes played a crucial role in the extracellular electron uptake (EEU) of NCDs1:1-modified Sporomusa. NCDs1:1 enhanced EEU efficiency, thereby increasing the two H+-pumping steps and accelerating microbial CO2 fixation. These results provide valuable insights into increasing CO2 fixation by maximizing EEU efficiency in acetogens.
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