Page 37 - 《精细化工》2022年第8期

第 39 卷第 8 期 精 细 化 工 Vol.39, No.8
2022 年 8 月 FINE CHEMICALS Aug. 2022

综论
微生物电合成捕获 CO 及高效催化转化研究进展
2

王 黎 1,2 ，张爱心 1,2 ，张嘉方 1,2 ，胡 宁 1,2 ，白俞何 1,2 ，陆 帅 1,2

（1. 武汉科技大学 资源与环境工程学院，湖北 武汉 430081；2. 环境污染绿色控制与修复技术研究中
心，湖北 武汉 430081）

摘要：微生物电合成（MES）为 CO 2 还原为乙酸盐和其他多碳物提供了一条可持续的生化转化途径，利用电能
驱动微生物固定 CO 2 具有原料易得、操作条件温和、不含有毒物质、环境可持续性等特点，为全球碳中和、碳
减排带来了新机遇。系统结构、电极材料及运行参数决定了 MES 的可行性和 CO 2 捕获效率，其中阴极是 MES
系统的核心，是 CO 2 循环利用和生化生产的中心平台。首先，介绍了基于 MES 系统的 CO 2 捕获过程；接着，
从二维材料和三维多孔材料总结了 MES 电极的类型、结构及研究进展；然后，综述了 MES 捕获 CO 2 生物制品，
重点总结了提高 MES 捕获 CO 2 产物产量、产物及碳链延长的方法；最后，提出了 MES 捕获 CO 2 存在的问题，
对其未来研究方向进行了展望。
关键词：微生物电合成；碳减排；胞外电子转移；代谢原理；电极材料
中图分类号：X701；TQ426 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2022) 08-1537-09

Advances in microbial electrosynthesis for CO 2 capture and

efficient catalytic conversion

1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
1,2
WANG Li , ZHANG Aixin , ZHANG Jiafang , HU Ning , BAI Yuhe , LU Shuai
（1. College of Resource and Environmental Engineering, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081,
Hubei, China; 2. Research Center of Environmental Pollution Green Control and Remediation Technology, Wuhan
430081, Hubei, China）
Abstract: Microbial electrosynthesis (MES) provides a sustainable biochemical transformation path for
reduction of CO 2 reduction to acetate and other multi-carbon substances. Microbial CO 2 fixation driven by
electric energy, with the characteristics of abundant raw materials, mild operating conditions, no toxic
substances and environmental sustainability, brings new opportunities for global carbon neutralization and
carbon emission reduction. The feasibility of MES and CO 2 capture efficiency depends on system structure,
electrode materials and operation parameters, of which the cathode, the central platform of CO 2 recycling
and biochemical production, is the core of MES system. Herein, the CO 2 capture process by MES system
was firstly introduced. The type, structure and research progress of MES electrodes made from
two-dimensional materials and three-dimensional porous materials were then summarized followed by
review on conversion of CO 2 into biological products via MES with emphasis on product type, product
yield and carbon chain extension. In the end, the existing problems and future direction of CO 2 fixation by
MES were discussed.
Key words: microbial electrosynthesis; carbon emission reduction; extracellular electron transfer; metabolic
principle; electrode materials

在化石燃料短缺和全球碳排放过量的背景下， 不仅可以减少大气中 CO 2 含量，还能缓解能源危机，
CO 2 捕获和利用（CCU）是一种切实可行的方法， 避免 CO 2 储存带来的问题。CO 2 捕获可通过化学、

收稿日期：2021-12-14; 定用日期：2022-03-21; DOI: 10.13550/j.jxhg.20211279
基金项目：国家自然科学基金（51574185）；湖北省创新重大专项（2019ACA152）
作者简介：王 黎（1960—），男，教授，E-mail：Wanglijohn@163.com。