碳基能源的使用是現(xiàn)代社會(huì)的基石也是現(xiàn)今環(huán)境問題的根源。生物光伏技術(shù)（Biophotovoltaics, BPV）旨在利用自然界的高效的產(chǎn)氧光合系統(tǒng)將太陽(yáng)光能轉(zhuǎn)化為可利用清潔能源。BPV把產(chǎn)氧光能自養(yǎng)微生物 （比如如藍(lán)藻）集成到電化學(xué)池中，通過胞外電子傳遞途徑將水光解產(chǎn)生的電子富集到電極上，進(jìn)而用于生產(chǎn)電能或者氫能。理論上BPV的光能利用效率可達(dá)10%-30%，遠(yuǎn)高于生物質(zhì)所能儲(chǔ)存的能量（~1%）。但是，經(jīng)過近十年的發(fā)展，BPV作為一個(gè)新興技術(shù)的實(shí)際能量效率仍遠(yuǎn)低于1%。
在藍(lán)藻的胞內(nèi)電子傳遞過程中，電子從水光解到最終的受體需要經(jīng)過復(fù)雜的傳遞途徑。水在光系統(tǒng)II被光解過，依次通過質(zhì)體醌、細(xì)胞色素b6f蛋白復(fù)合體傳遞到光系統(tǒng)I，最后用到二氧化碳的固定和其它代謝電子受體。每 一個(gè)傳遞步驟都會(huì)造成一定量的損耗，也就是電子泄露。比如一部分電子需要用于中和代謝過程中產(chǎn)生的氧自由基；又比如高光照條件下的假環(huán)式電子傳遞（梅勒反應(yīng)）造成了相當(dāng)最的光合電子的損耗。識(shí)別這些電子泄露可以有效的防止甚至利用它們，進(jìn)而提高電子的利用效率和最終的系統(tǒng)光能轉(zhuǎn)化效率。
近日，德國(guó)亥姆霍茲環(huán)境研究所賴斌課題組通過對(duì)文獻(xiàn)報(bào)道的系統(tǒng)性研究，半定量化地鑒別了各個(gè)電子泄露途徑以及它們?cè)谡麄€(gè)電子傳遞鏈中的貢獻(xiàn)。文中計(jì)算了水解光合電子沿著胞內(nèi)電子傳遞途徑到不同新陳代謝電子受體的電子泄漏，并預(yù)測(cè)了細(xì)胞外電子傳遞速率的潛力。計(jì)算得出假環(huán)式電子傳遞和固碳是主要的電子泄漏途徑。文中提出了通過跨學(xué)科的研究方法，建議采用系統(tǒng)與合成生物學(xué)、生物系統(tǒng)工程和材料科學(xué)等集成手段，來降低相關(guān)的電子損耗，最終有可能將生物光伏的光能利用效率比目前的水平提高近兩個(gè)數(shù)量級(jí)。 論文信息 Electron Leaks in Biophotovoltaics: A Multi-Disciplinary Perspective M.?Sc. Vincent Reilly-Schott, M.?Sc. Jana Gaibler, Dr. Yu Bai, Alicia Mier-Jimenez, M.?Sc Mohammed Qasim, Dr. Bin Lai ChemCatChem DOI: 10.1002/cctc.202400639
