碳载锌阴极材料对生物电合成的影响开题报告

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1. 研究目的与意义（文献综述）

众所周知，工业化的发展，不可避免的便是石油天然气等化石能源的消耗，而在工业高度发展的今天，我们不得不面对由于化石燃料的剧烈消耗所导致的温室效应。时至今日，如何解决全球变暖已经成为了当今世界发展的一大难题。二氧化碳是温室气体的主要组成成分，也是化石能源燃烧的主要产物，因此，如何减少大气中的二氧化碳便是解决全球变暖的关键所在。

随着科学技术的不断发展，学者们认为，微生物电合成（microbial electrosynthesismes）是解决二氧化碳增长的一种有效解决途径。mes 研究发展大致分为 3 个时期：首先在二十世纪八十年代时期，hongo 等学者首先将mes 应用于 l-谷氨酸发酵，通过施加 1.5v 电压将l-谷氨酸产量提高 10%。各学者相继发现外源电子的引入可促进乳酸、丙酸及丁酸产量的提高； 其次在 2000 年后，该热潮起源于 1999 年将循环伏安法应用于电子传递机理的探究，证实了外源电子传递介质中性红可将电子由电极运送至细胞膜延胡索酸还原酶中，促进延胡索酸转化为琥珀酸。自此人们开始利用电化学手段表征电子传递机制，探究外源电子影响细胞代谢的作用机理；第三次研究热潮出现在二十一世纪一零年代，mes 被应用于固定 co2，微生物可将外源电子作为电子供体，驱动 co2 生成为乙酸、甲烷等化学品^[4]。从此，mes成为了解决温室效应的备选途径之一。

二氧化碳固定细菌sporomusa ovata是一种严格的厌氧细菌，在mes中作为阴极催化剂纯在，它可以吸收外源电子，氢离子和二氧化碳生成乙醇和乙酸，而相比于乙酸，乙醇具由更高的产品附加值。因此如何提高二氧化碳转化为乙醇的选择性便成为了需要研究的重点。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容：

1. 培养二氧化碳固定细菌sporomusa ovata；2.制备碳载锌阴极材料；3. 用x射线光电子能谱分析(x-ray photoelectron spectroscopy, xps)，x射线衍射(x-ray diffraction，xrd)，扫描电镜(search engine marketing,sem)对电极进行表征；4. 电极材料与微生物结合，检测乙醇、醋酸产量；5. 对长有生物膜的阴极进行激光共聚焦（confocal）和sem表征。

目标：通过sem对s.ovata在mes系统中的生长状况的检测和分析，并通过高效液相色谱（hplc）检测系统中的醋酸浓度从而确定碳载锌阴极材料对微生物电合成的影响，得到一个高效的mes阴极材料。并对微生物电化学合成技术进行研究。

3. 研究计划与安排

第1-2周：查阅相关文献和资料，完成英文翻译。确定实验思路和技术方案，准备实验；

第3周：完成开题报告；

第3-6周：按照设计方案制备碳载锌阴极材料；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] m. cui, h. nie, t. zhang, d. lovley, t. p. russell, three-dimensional hierarchical metal oxide-carbon electrode materials for highly efficient microbial electrosynthesis, sustainable energy fuels, 1 (2017) 1171.

[2] li, yh ; liu, pf ; li, cz; yang, hg，sharp-tipped zinc nanowires as an efficient electrocatalyst for carbon dioxide reduction，chemistry-a european journal，24（2018）15486-15490.

[3] tremblay p l , zhang t . electrifying microbes for the production of chemicals[j]. frontiers in microbiology, 2015, 6(201):201.