MIL-100@ZIF-67 Enhanced Microbial Electroreduction of CO2 to Produce CH4 by Promoting Electron Transfer

电子转移 化学 环境化学 化学工程 材料科学 环境科学 物理化学 工程类
作者
Zhuo Chen,Ze Zhang,Rongxin Xia,Junhu Zhou,Jun Cheng
出处
期刊:Energy & Fuels [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.energyfuels.4c04765
摘要

To improve the conversion rate of carbon dioxide (CO2) to methane (CH4) in a microbial electrochemical system (MES), the zeolitic imidazolate framework ZIF-67(Co) with electron storage properties was first grown in situ on MIL-100(Fe) with excellent CO2 adsorption properties by a hydrothermal method. The obtained binary core–shell MIL@ZIF material was then adsorbed by carbon felt on a cathode to grow biofilms composed of electroactive microorganisms for characterization and testing in an MES. This system exhibited a CH4 production rate of 0.42 mmol LR–1 d–1, along with an impressive faradaic efficiency of 96.4%. Three-dimensional excitation–emission matrix spectra of extracellular polymeric substances indicated that those containing higher contents of humic acid shifted electron pairs and converted redox states to facilitate electron transfer. MIL@ZIF enriched hydrogenotrophic methanogens and electrogenic bacteria in microbial communities with enhanced gene expression of electrically conductive pili and cytochrome C to strengthen interspecies electron transfer. MIL@ZIF enhanced CO2 adsorption and electron storage, reinforcing electron transfer chains and boosting CH4 yield by a factor of 10.7.

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