「四院院士」刘斌领衔！新加坡国立大学毛献文Nature Catalysis丨单颗粒成像揭示希瓦氏菌与赤铁矿反向电子转移效率！

本文针对微生物-半导体杂化系统中界面电荷转移机制不清的问题，尤其是各向异性半导体晶面效应的影响，开发了多模态单颗粒成像平台。以赤铁矿{110}和{001}晶面为模型半导体，希瓦氏菌MR-1为模式微生物，在单颗粒和单细胞水平原位定量表征了反向胞外电子转移过程。研究发现，{110}晶面比{001}晶面具有更强的细胞粘附能力和更高的电子转移效率，呈现协同增强效应。同时，单细胞电子注入效率与细胞密度呈双相关系，中等密度时最优，过密则下降。确认非H₂介导的直接电子转移是主要途径。最终构建了光伏-光电化学系统，实现乙酸和丁醇的无辅助光合作用合成并验证了长期稳定性。该研究为优化生物杂化系统能量转换效率提供了分子水平见解。