MXene@Fe-TA三元介导功能材料通过伪电容效应强化反硝化及电子传递机制研究

本推荐语：本研究创新性合成MXene@Fe-TA三元介体功能材料，通过伪电容效应（Pseudocapacitive Properties）促进电子传递（EET）与微生物群落调控，实现硝酸盐（NO3?）降解效率提升2.04倍，为废水生物处理提供新材料设计策略与机制范式。

　　

化学试剂与反硝化微生物培养条件

钛铝碳化物（Ti₃AlC₂）MAX相粉末购自莱州凯凯陶瓷材料有限公司，其余试剂均为分析纯并由上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供。通过驯化活性污泥培养反硝化微生物（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中。初始反硝化微生物群落以Pseudomonadota（82.1%）为主导。

MXene@Fe-TA的理化性质

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配位复合物与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图像呈现致密层状结构，而MXene@Fe-TA则具有不规则二维层状结构，初步表明Al原子层被成功剥离。

结论

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以增强反硝化效能。其作为代谢电子产生过程中的电子库，高效捕获并储存多余电子，随后以“生物电池”模式释放电子支持反硝化酶反应。这一双重作用结合其创造的微环境，促进了电活性细菌（EAB）富集与氧化还原活性物质分泌，显著提升了胞外电子传递（EET）效率与微生物能量利用范式。