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加州大学洛杉矶分校在细菌中加入银 使微生物燃料电池的功率超过以往两倍

据外媒报道,加州大学洛杉矶分校(UCLA)领导的研究团队在开发微生物燃料电池方面迈出了重要一步。该技术利用天然细菌从废水的有机物中提取电子,从而产生电流。 加州大学洛杉矶分校萨缪里工程学院(UCLA Samueli School Of Engineering)材料科学与工程系的Yu Huang教授表示:“活性能源回收系统利用在废水中发现的细菌,为实现环境可持续性提供了双重支持。天然细菌种群可以分解有害化合物,帮助净化地下水。现在,我们的研究也展示了通过这一过程利用可再生能源的实用方法。” 该团队重点关注希瓦氏菌属(Shewanella),这种细菌因其产生能量的能力而被广泛研究。它们可以在所有类型的环境中生存并茁壮成长,包括土壤、废水和海水,而不受氧气含量的影响。希瓦氏菌可以将有机废弃物自然分解成更小的分子,而电子是代谢过程的副产品。当细菌在电极上以薄膜的形式生长,可以捕获一些电子,从而形成能够发电的微生物燃料电池。 然而,由奥奈达湖希瓦氏菌(Shewanella oneidensis)提供电力的微生物燃料电池,此前无法从细菌中捕捉足够的电流,使这项技术未能投入实际的工业应用。很少有电子能足够快地离开细菌膜进入电极,并提供足够的电流和能量。 为了解决这个问题,研究人员在由一种石墨烯氧化物构成的电极中添加银纳米颗粒。这些纳米颗粒释放银离子,细菌利用其代谢过程中产生的电子,将银离子还原为银纳米粒子,然后将其纳入细胞中。一旦进入细菌体内,银粒子就会充当微小的传输线,捕捉更多由细菌产生的电子。该校化学和生物化学系教授Xiangfeng Duan表示:“在细菌中加入银纳米颗粒,就像是为电子创建专用快车道。我们可以更快的速度提取更多的电子。” 随着电子传输效率大幅提升,由此产生的含银希瓦氏菌薄膜能够将80%以上的新陈代谢电子输出至外部电路,使功率达到0.66Nw/Cm 2,超过以前微生物燃料电池最佳功率的两倍。 这项研究得到美国海军研究办公室(Office of Naval Research)的支持。该项研究表明,随着电流增加和效率提升,由银-希瓦氏菌(silver-Shewanella)混合细菌驱动的燃料电池,可能为在实际应用中提供足够的功率输出铺平道路。

2021-09-20  (点击量:5)

大连化物所等揭示近红外发光钠铒双钙钛矿纳米晶超快动力学机理

近日,中国科学院大连化学物理研究所复杂分子体系反应动力学研究组研究员韩克利团队与山西师范大学教授苗向阳团队合作,揭示出钠铒基双钙钛矿纳米晶的近红外荧光及其超快动力学机理。 非铅钙钛矿纳米晶无(低)毒性、高稳定性、优良的光电特性使其在发光二极管、光电探测器、太阳能电池等领域广受关注。目前,科研人员多聚焦于具有可见光发射的非铅钙钛矿纳米晶性能的研究,对于发光效率较低的近红外区域的发光体系研究较少(尤其在通讯波长~1.5μm)。因此,开发具有高效近红外荧光的非铅钙钛矿纳米晶,并探究其发光动力学机理具有重要意义。此外,稀土基双钙钛矿纳米晶相关研究尚未被报道。 该工作中,科研人员通过变温热注射法,合成了一系列结晶度高、形貌均匀的双钙钛矿纳米晶Cs2NaEr1-xBxCl6(B:In,Sb,Bi;x=0,0.13,0.5),其均可发射出近红外荧光(最强发光位置为1543nm),对应三价铒离子的Laporte禁阻跃迁为4I13/2→4I15/2。研究发现,对于混合Sb/Er体系,随着Sb含量增加,近红外荧光明显增强;相比于Cs2NaErCl6纳米晶,Cs2NaEr0.5Sb0.5Cl6纳米晶的近红外荧光强度提高了23倍。此外,结合稳态、瞬态光谱技术和理论计算,研究发现增强的激子吸收、变长的荧光寿命、适当的声子辅助过程及长寿命的暗俘获态有利于钙钛矿纳米晶材料的近红外发光。该工作为合理设计高效、稳定的稀土基双钙钛矿纳米晶提供了新思路,有望用于近红外发光二极管、光通讯及量子存储等领域。 相关研究成果以All-Inorganic Rare-Earth-Based Double Perovskite Nanocrystals with Near-Infrared Emission为题,发表在《激光与光子学评论》(Laser&Photonics Reviews)上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院科学仪器发展计划等项目的资助。

2021-09-16  (点击量:21)

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