伪电容型MXene@Fe-TA三元介体通过优化电子传递与微生物调控强化污水反硝化

本研究成功合成新型三元介体功能材料MXene@Fe-TA，其伪电容特性可有效提升污水反硝化效率。该材料通过构建电子储存-释放系统（伪电容效应）、富集电活性菌（EAB）、促进氧化还原活性物质分泌及加速胞外电子转移（EET），实现硝酸盐降解率提升2.04倍，为多功能材料设计及其在废水生物处理中的应用提供了创新策略。

　　

Highlight

Chemical reagents and culture conditions of denitrifying microorganisms

钛铝碳化物（Ti₃AlC₂）MAX相粉末购自莱州开开陶瓷材料有限公司。其他试剂均为分析级，源自上海阿拉丁生化科技股份有限公司。通过活化污泥驯化培养反硝化微生物（Hao et al., 2024），并在控制条件（140 rpm, 35°C, 24 h）下接种至反硝化培养基。初始反硝化微生物群落以假单胞菌门（Pseudomonadota）（82.1%）为主导。

Physicochemical properties of MXene@Fe-TA

为合成三元介体功能材料MXene@Fe-TA，通过快速一步配位组装法将Fe-TA配位络合物与MXene结合，在其表面形成导电网络（图1a）。如图1b所示，MAX相（Ti₃AlC₂）的SEM图像呈现致密紧凑的层状结构。相比之下，MXene@Fe-TA具有不规则二维层状结构，初步表明成功去除Al原子层并引入Fe-TA网络。

Conclusion

本研究成功合成具有伪电容特性的三元介体功能材料MXene@Fe-TA以增强反硝化作用。通过在代谢电子生成过程中充当电子库，MXene@Fe-TA高效捕获并储存过量电子，随后以生物电池形式释放电子支持反硝化酶。这种双重作用结合其创造的支撑性微环境，促进电活性菌（EAB）富集和氧化还原活性物质分泌，显著加速胞外电子转移（EET）。该策略为设计多功能介体材料提升生物废水处理效率提供了新方向。