Page 40 - 《精细化工》2022年第8期

·1540· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 39 卷

注：TES 为硫酯酶；EAR 为烯醇型 ACP 还原酶；HAD 为羟酰基 ACP 脱水酶；KAR 为酮酰基 ACP 还原酶；KAS 为酮酰基 ACP
合成酶；MAT 为丙二酰转移酶；ACC 为乙酰辅酶 A 羧化酶；ATP 为三磷酸腺苷；TLA 为硫酶；KCR 为酮酰辅酶 A 脱水酶；HCD 为
羟酰辅酶 A 脱水酶；CER 为烯醇辅酶 A 还原酶；2[H]为 NADH/NADPH/铁氧还蛋白，下同。
a—脂肪酸合成途径；b—逆 β-氧化途径
图 4 电化学微生物还原 CO 2 代谢原理 [17]
Fig. 4 Electrochemical microbial reduction of CO 2 metabolism [17]

台。阴极材料的选择决定了电化学活性和生物相容
2 MES 电极材料
性。近年来，研究者研发了多种成本低、导电性优
MES 系统结构、电极材料及运行参数决定电 良、析氢性能强、比表面积大、生物相容性高和化
合成可行性和 CO 2 捕获效率，其中阴极是 MES 系 学稳定的阴极 [19] 。根据结构类型，MES 阴极可分为
统的核心，是 CO 2 循环利用和生化生产的中心平 二维材料和三维多孔材料（图 5）。

a—乙酸产量随电流和时间的变化；b—碳布上卵形链球菌的共焦扫描激光显微图像 [21] ；c—MR-1 细菌在纳米线（NW）阵列上的运动轨迹；
d—MR-1 细菌在 3D 材料上的运动模型 [27]
图 5 二维电极与三维电极
Fig. 5 Two-dimensional electrode and three-dimensional electrode

2.1 二维（2D）材料 （RVC）通常用作 MES 系统的阴极。石墨作为一种
碳质材料具有高比表面积，其多孔结构可以为 广泛使用的阴极材料，主要有块、棒、板、颗粒的
微生物提供足够的附着空间，并且由于碳原子电子 形式，有较好的导电性、低残余电流、易于修饰、
分布非常稳定，其具有良好的化学稳定性。NEVIN 可回收利用、可重复使用和高生物相容性。与石墨
等 [20] 首次通过使用带负电荷的固态石墨块阴极作为 电极相比，碳板、碳布等其他二维（2D）碳材料由
电子供体源来直接还原 CO 2 ，此后，几种不同结构 于具有更好的导电性、化学稳定性、重量轻、柔韧
和类型的碳电极，如棒、块、布、板、活性炭，气 性和更高的孔隙率而得到广泛应用。ZHANG 等 [21]
体扩散活性炭、颗粒、纤维棒、毡和网状玻璃碳 将简单、灵活且易于进一步表面改性的碳布用于