微生物电催化还原二氧化碳产甲烷的机制解析

二氧化碳是引发"温室效应"， 造成人类生存生态环境严重破坏的主要气体，但它也是自然界中最重要的碳源。将二氧化碳转化成可利用的有机物对减少大气中的二氧化碳、改善环境和实现能源转化具有重要意义。电化学法被认为是转化二氧化碳具有前景的方法，但目前所开发的金属电催化剂存在过电位高和产物选择性低，导致二氧化碳转化过程中的能量利用率偏低。本项目将微生物催化和电化学催化有机结合创造性地提出微生物电催化还原二氧化碳新技术，充分利用微生物催化过电位低、产物选择性高和电催化转化速率高的特点，实现二氧化碳的转化效率和能量利用效率突破性提高。采用外加电压完成微生物在阴极表面上的驯化、富集和成膜，制备具有二氧化碳电催化活性的生物阴极。研究不同外加电位下二氧化碳微生物电催化产甲烷的动力学特征。通过电化学技术和分子生物学技术揭示生物膜的电化学特性和微生物的生理生态学特征，探讨二氧化碳还原过程中电子转移和质子迁移机制。

本项目针对微生物膜做催化剂结合微生物技术和电催化技术直接还原二氧化碳成甲烷的新途径，从微生物接种、生物膜电催化特性、电极材料的影响三方面系统研究了接种源对二氧化碳电催化还原活性生物膜的驯化、富集和成膜；生物膜在各种环境下的电化学环境下的特性；以及不同析氢过电位电极材料对生物膜生长和特性的影响。解析了二氧化碳电催化还原成甲烷的机制。取得了一系列具有特色的创新性成果。