利用绿藻光合与呼吸双模式驱动的活体生物光伏系统实现同步光电与产氢

来自国际团队的研究人员开发了一种新型活体生物光伏（Living BPV）系统，通过将绿藻（Paulschulzia pseudovolvox sp）固定于P(SNS-Ph-Pyr)/calix[4]arene-AuNPs复合导电基质，实现光/暗双模式运行。该系统在光下通过光合作用产电，黑暗中通过呼吸作用持续输出，并同步生成氢气，突破了传统PSII依赖性能量转换的限制，为可持续太阳能转化提供了新型生物杂交平台。

　　

本研究提出了一种创新的活体生物光伏（Living BPV）系统，利用代谢活性绿藻（Paulschulzia pseudovolvox sp）同步产生光电流与氢气。通过将绿藻固定于由P(SNS-Ph-Pyr)导电聚合物和杯[4]芳烃-金纳米粒子（calix[4]arene-AuNPs）复合物构成的电极界面，构建了多孔结构的 photoanode（光阳极）。该平台不仅增强藻类附着能力，还促进了高效的电子转移过程。

固定化藻类通过光合作用（photosynthesis）和呼吸作用（respiration）双途径参与能量生成，使系统能够在光照与黑暗条件下实现双模式运行。杯芳烃羧基与藻类表面胺基的共价键结合确保了结构稳定性，金纳米粒子（AuNPs）则加速电子传导速率。系统采用铂纳米粒子（PtNPs）修饰的阴极，通过质子还原反应实现氢气演化。

研究首次深入探讨了绿藻呼吸作用在BPV应用中的贡献，并优化了电聚合（electropolymerization）与表面修饰技术以提升系统效能。实验结果证明，该系统可在长时间运行中保持光电流稳定性，并在光系统II（PSII）抑制条件下实现可重复的氢气生产。此为首例同时利用绿藻光合和呼吸代谢途径实现电能与氢气联产的BPV系统，为新一代太阳能生物转换技术提供了可持续的解决方案。