Extracellular Electron Uptake Mediated by H2O2

细胞外 电子 化学 物理 生物化学 核物理学
作者
Yilian Han,Chengmei Liao,Xinlei Jiang,Ziyuan Wang,Yue Wu,Mou Zhang,Nan Li,Tong Zhang,Xin Wang
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:59 (7): 3624-3633 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.est.4c13792
摘要

Harvesting electricity from microbial electron transfer is believed as a promising way of renewable energy generation. However, a major challenge lies in the still-unknown mechanisms of extracellular electron transfer, especially how microbes consume electrons from the cathode to catalyze oxygen reduction. Here we report a previously undescribed yet significant extracellular electron uptake pathway mediated by inevitably produced H2O2, contributing up to 45% of the total biocurrent. This new H2O2-based bioelectrochemical respiration depends on the continuous supply of electrons from the electrode and the presence of the catalase katG. Selective enhancement of two-electron oxygen reduction on the cathode results in a 2.4-fold increase in biocurrent, and both autotrophic biosynthesis and energy production pathways are upregulated to sustain the H2O2-based respiration. Our results highlight the importance of two-electron oxygen reduction in bioelectron uptake at the cathode and provide a basis for the design of bioelectricity production systems.
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