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微生物电解池催化CO2电转化为甲烷:影响因素、电子传递和展望

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化石燃料作为能源供应的主要来源，燃烧导致大量CO2的释放和温室效应，CO2的捕获和再利用越来越受到人们的关注。微生物电解池(MEC)作为一种新的CO2再利用技术，可通过将电活性微生物与电化学刺激相结合，将CO2通过生物电化学作用回收为低碳燃料(如CH4)，从而实现CO2固定和能量回收。尽管近年来MEC领域有较多研究，但仍然存在许多问题阻碍了该技术的规模化和产业化。本文梳理了 CO2电化学产甲烷的工作原理、性能影响的关键因素、生物阴极电活性功能微生物及其胞外电子传递机制、电催化耦合技术的最新研究进展，提出了 MEC辅助CO2电甲烷化技术的未来研究需求和挑战。
Microbial electrolytic cell catalyzed electroconversion of CO2 to CH4:Influencing factors,electronic transmission,outlook
Fossil fuels have been the main source of energy supply,and their combustion leads to the release of a large amount of CO2 and the greenhouse effect.The capture and reuse of CO2 have attracted more and more attention.Microbial electrolysis cell(MEC),a new CO2 reuse technology,can achieve CO2 fixation by combining electroactive microorganisms with electrochemical stimulation to recycle CO2 into low-carbon fuels(such as CH4)through bioelectrochemical action and energy recovery.Although there have many researches in the field of MEC in recent years,there are still many problems which hinder the scale and industrialization of this technology.This paper compares the working principle of CO2-electrochemical methanogenesis,key factors affecting performance,bio-cathode electroactive functional microorganisms and their extracellular electron transfer mechanism,and the latest research progress of electrocatalytic coupling technology.We also presents the future research needs and challenges of MEC CO2-electrochemical methanogenesis technology.

Microbial electrolytic cell(MEC)CO2 bioelectromethanogenesiscathode materialelectroactive functional bacteriaextracellular electron transport mechanism

王佳懿、陆雪琴、甄广印

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华东师范大学生态与环境科学学院,上海市城市化生态过程与生态恢复重点实验室,上海,200241

崇明生态研究院,上海,200062

上海有机固废生物转化工程技术研究中心,上海,200241

上海污染控制与生态安全研究院,上海,200092

自然资源部大都市区国土空间生态修复工程技术创新中心,上海,200062

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微生物电解池(MEC) CO2电甲烷化 阴极材料 电活性功能菌 胞外电子传递机制

国家自然科学基金青年科学基金国家自然科学基金青年科学基金上海市"科技创新行动计划"国际合作项目上海高校特聘教授(东方学者)计划项目上海市扬帆计划项目上海有机固废生物转化工程技术研究中心开放课题

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2024

10.7524/j.issn.0254-6108.2022073002

环境化学
中国科学院生态环境研究中心

环境化学

CSTPCD北大核心
影响因子：1.049
ISSN：0254-6108
年,卷(期)：2024.43(2)
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