微生物燃料电池（MFC）可以直接将储存在有机物质中的化学能转化为电能，在发电和废水处理方面具有重要意义。然而，目前Shewanella MFC获得的电流密度和功率密度对于实际应用来说往往过低，这在很大程度上是由于缓慢的跨膜和细胞外电子转移过程导致的。

有鉴于此，加州大学洛杉矶分校（UCLA）的黄昱教授和段镶锋教授等人，提出了一种由还原氧化石墨烯-银纳米颗粒(rGO/Ag)支架构建Shewanella MFC中的跨膜和细胞外电子转移过程的策略。

本文要点

1）报告了一种合理的策略，通过引入跨膜和外膜银纳米粒子来显着提高Shewanella MFC 的电荷提取效率。研究发现，相比于rGO或碳纤维，rGO/Ag电极上形成了由密集堆积的棒状细菌组成的致密生物膜，说明Ag的存在有利于更密集的生物膜形成。

2）由此产生的 Shewanella-silver MFC 可提供3.85±0.05 mA/cm²的最大电流密度、高达0.66±0.03 mW/cm²的最大功率密度和8.6×10⁵/s的周转频率（TOF），这些都远高于迄今为止报告的最好的 MFC。

3）研究发现，一些Ag纳米粒子穿过内外膜之间的整个周质空间并突破外膜，表明跨膜和外膜Ag纳米粒子可能充当金属捷径，绕过由氧化还原中心介导的缓慢电子转移过程，与外部电极直接接触以更有效地提取电荷。

参考文献：

BOCHENG CAO et al. Silver nanoparticles boost charge-extraction efficiency in Shewanella microbial fuel cells. Science, 2021.

DOI: 10.1126/science.abf3427

http://doi.org/10.1126/science.abf3427