近日，清华大学环境学院张潇源课题组在强化污水厌氧生物处理种间电子传递研究中取得新进展，在细胞水平揭示了赝电容/电导材料介导微生物种间电子传递过程的作用机制，为指导厌氧水处理过程中电活性材料的设计提供了新思路和新方法。

相关成果以“二元电活性材料强化厌氧废水处理：赝电容/电导介导微生物种间电子传递”（Enhanced Anaerobic Wastewater Treatment by a Binary Electroactive Material: Pseudocapacitance/Conductance Mediated Microbial Interspecies Electron Transfer）为题发表在《环境科学与技术》（Environmental Science & Technology）上，并被选为当期封面（Front Cover）。

《环境科学与技术》（Environmental Science & Technology）当期封面

厌氧消化是一个由多种微生物协同参与将有机物分解转化为产甲烷的过程。其中，微生物种间电子传递对于调节微生物互养代谢平衡，提升厌氧消化效率及维持系统稳定性具有重要意义，是厌氧生物处理领域的研究前沿。张潇源课题组开发了一种基于赝电容与电导的二元电活性材料强化厌氧有机废水处理的方法，可提高产酸细菌和产甲烷菌种间电子传递速率，调节两者在生产电子和消耗电子速率上的差异，提升厌氧消化性能。

二元电活性材料通过电导与赝电容介导产酸细菌与产甲烷菌电子转移的过程示意图

二元电活性材料介导微生物种间电子传递的过程机制如下：材料的导电性可协助产酸菌和产甲烷菌建立种间直接电子传递过程（DIET），加速二者间电子转移速率；而产酸菌分解有机物生产电子速率大于产甲烷消耗电子速率时，二元电活性材料则通过赝电容性的生物炭（醌基）缓存过剩电子，然后缓慢释放给产甲烷菌。类似于计算机中数据从高速读取的运行内存转移到大容量的硬盘中进行存储的传输机制。材料对电子的缓冲作用使反应器保持在适宜的pH，减轻了酸性积累对产甲烷的抑制作用。而产甲烷的稳定运行则可维持反应器的低氢气分压环境，促进产酸菌细胞内的NADH/NAD⁺的转化，使H⁺不断被输送到细胞膜外，形成的质子动势来合成ATP，为胞外水解酶（如α-Glucosidase和protease）以及细胞色素c（Cyt c）的合成提供了能量，加速有机物的降解。种间电子传递过程的强化使反应器内污泥总体的电导率提高了72%，加快了有机物转化为甲烷的效率。

论文通讯作者为清华大学环境学院张潇源副教授，第一作者为环境学院博士后王名威。论文共同作者包括清华大学环境学院黄霞教授、博士生任腾飞、尹梦茜、徐慧和硕士生卢科潮。