模块化工程构建希瓦氏菌-CdS@rGO人工光合生物杂合系统加速光电子传递与转化提升产氢效能

本研究针对光催化无机-生物杂合系统产氢效率受限的核心瓶颈——界面光电子转移缓慢、跨膜光电子摄取效率低及细胞内光电子转化能力不足，通过模块化工程策略构建了希瓦氏菌-CdS@rGO人工光合生物杂合系统。通过优化外膜c-细胞色素OmcF构建高效跨膜通道，筛选Desulfovibrio desulfuricans氢酶HydAdds提升胞内转化效率，并利用rGO构建细胞表面高速导电网络，最终实现643.1 ± 40.3 μmol mg?1的产氢量，创希瓦氏菌基杂合系统最高纪录，为人工光合系统优化提供新范式。

　　

通过模块化工程策略，研究人员成功构建了一种新型希瓦氏菌（Shewanella oneidensis）-CdS@rGO人工光合生物杂合系统，显著提升了光驱动氢气的生产效率。该系统针对三大关键瓶颈展开优化：首先，通过筛选并优化源自硫还原地杆菌（Geobacter sulfurreducens）的外膜c-细胞色素OmcF，构建了高导电性跨膜通道，有效增强了光电子通量的摄取效率；其次，采用来自脱硫弧菌（Desulfovibrio desulfuricans）的高活性氢酶HydA_dds，强化了胞内光电子向氢气的转化过程，使产氢量提升至493.7 ± 26.5 μmol mg^?1；最后，在细胞表面引入还原氧化石墨烯（rGO）构建高速导电界面网络，进一步加速CdS纳米颗粒与细胞间的光电子传递，最终实现643.1 ± 40.3 μmol mg^?1的产氢量，成为目前报道中希瓦氏菌基生物杂合系统的最高水平。该研究通过协同增强光电子跨膜摄取、胞内转化与界面传输三大模块，为人工光合系统的理性设计与能效提升提供了重要技术路径。