近日，化学科学与工程学院屈庆课题组在利用微生物资源合成新型微生物功能杂化材料方面研究又获得了系列进展。课题组利用Bacillus aryabhattai降解尿素释放的NH4+和OH-来调节溶液的pH值，从而在该条件下形成富含电子的色氨酸，其与带正电荷的金属前驱体反应，借助静电相互作用生成层状双氢氧化物s-EPS@NiFe LDH。
利用Bacillus aryabhattai制备s-EPS@ FeNi LDH、NF@NaOH-FeNi LDH和NF@urea-FeNi LDH的示意图
该氧化物在碱性条件下表现出优异的析氧性能，在10mA·cm-2的电流密度下仅需要220mV的过电位，优于其他已报道的FeNi基催化剂。该成果于近日以“Bioregulation of FeNi LDH morphology and electronic structure to highly promote electrocatalytic oxygen evolution”为题在国际期刊Chemical Engineering Journal（2023，455：140893，IF=16.744）在线发表。同时课题组利用益生菌绿色木霉与金属互作合成了一种新型微生物杂化材料，其能很好地抑制碳钢在模拟人工海水中短期和长期的腐蚀行为，该成果也于近日以“A kind of biological hybrid material – Trichoderma viride/FeOOH as a durable anticorrosion coating for steel”为题发表在国际期刊Materials and Design上(2023，225：11475，IF=9.417)。
微生物代谢产物具有很好的还原性且具有独特的形貌控制特征，近期，屈庆课题组利用苏云金芽孢杆菌Bacillus thuringiensis分泌的细胞外聚合物物质实现从废X射线胶片中回收和再利用二次银资源，形成了生物Ag/AgO–AgCl杂化纳米颗粒（生物Ag/Ag O–AgCl NP）。这不仅实现了银的高效回收，令人兴奋的是，生物Ag/AgO–AgCl NP竟然很好地解决了Ag纳米颗粒催化降解有机污染物的催化动力学缓慢瓶颈问题，当合成生物催化剂的量为1.9mg时，降解10 ppm甲基橙和30 ppm刚果红效率和速率分别为97.9%和7 min，95.3%和5 min，明显优于其他化学合成的银基催化剂。该方法提供了贵金属修复和可持续资源开发的有效和实用的技术途径，成果以“Bacterial-driven upcycling spent Ag into high-performance catalyst for toxic organics reduction”为题发表在国际期刊Chemosphere (2022，305：135421，IF=8.496)。另外，课题组通过黑曲霉Aspergillus niger胞外代谢产物从废弃SIM卡中可控制地合成超细生物Au纳米颗粒（生物AuNPs，约1.6nm），该方法可有效防止成核后的过生长进而实现超细形态的形貌控制，有助于最大限度地回收和利用废弃SIM卡中Au资源。SIM卡中Au去除率和回收率分别达到81.72%和72.45%, 回收的超细纳米Au在4-NP降解催化中表现出优异的循环使用性和更高的内在活性，该工作为同时回收和再利用贵金属资源提供了一种可持续的方式，并有助于以启发对生物合成中金属纳米颗粒的合理设计，研究成果以“Control-synthesized ultrafine Au nanoparticles by Aspergillus niger extracellular metabolites from SIM cards as high-effective 4-nitrophenol degradation catalyst”为题发表在国际期刊Journal of Environmental Chemical Engineering（2022，10：108676，IF7.968）上。
课题组为了有效控制微生物带来的危害，通过D-氨基酸与纳米银的复合负载在ZIF-8上，合成了新型近超疏水耐蚀、抑菌、抗污材料，该材料不仅具有稳定的耐蚀性，而且对革兰氏阴性菌大肠杆菌及革兰氏阳性菌变形链球菌都具有很好的抑制作用，更为关键的是负载的D-氨基酸可以破坏微生物群体感应介导形成的生物膜，达到高效抗污作用，该研究为设计高效多功能生物材料提供了新思路，该成果以“Inhibition of microbiologically influenced corrosion and biofouling of X70 carbon steels by near-superhydrophobic D-cysteine/Ag@ZIF-8 coatings”为题发表在国际腐蚀顶刊Corrosion Science（2022，208：110682， IF7.720）
上述论文的第一作者分别为物理化学专业博士研究生李光、硕士生唐从奎、硕士生李晓虹、博士生刘畅、硕士生陈可欣，屈庆教授和李蕾副研究员为上述论文的共同通讯作者，云南大学为唯一作者单位。此外，课题组还利用微生物开发了系列生物材料，近期又获得了3项相关中国专利授权（CN110759454B，CN11382496B，CN113097507B），第一发明人为屈庆。上述成果得到了国家自然科学基金（52061041, 51661033, 31660538, 51361028, 51161025）以及云南省陈景院士工作站（202105AF150012）、院士自由探索基金（202205AA160007）等项目的支持。
上述研究是课题组在进一步利用微生物为原料“生产车间”，开发系列生物新材料（Water Research, 2019, 166: 115094；Journal of Colloid and Interface Science, 2021，585： 368–375；Journal of Hazardous Materials, 2021，409：124942；Science of the Total Environment, 2021，773：14570；Chemical Engineering Journal, 2021，424：130394）后又取得的进展，为微生物资源的开发利用拓展了新思路。
供稿：化学科学与工程
编辑：李哲
责任编辑：王崴
