Shewanella oneidensis MR-1の遺伝子組み換え細菌による酸素還元反応のためのパラジウムナノ粒子の生合成に関する洞察

緑の合成と環境保護の必要性の増加により、高貴な金属電極触媒のサポートとしての生物生物由来炭素の利用は、公共の関心を集めています。それにもかかわらず、微生物がナノメタルを生成するメカニズムはまだ完全には理解されていません。本研究では、Shewanella oneidensis MR-1の遺伝的に操作された細菌を使用し（ΔSO4317、∆SO4320、∆SO0618およびΔSO3745）、バイオフィルム関連タンパク質（BPFA）を含む表面物質の効果を調査しました。分泌システム（TISS）およびII型分泌システム（T2SS）、および金属ナノ粒子の微生物合成におけるリポ多糖。結果は、PD/∆SO4317（変異体∆SO4317で調製された触媒）を示したことを示しました。他の生体触媒や市販のPD/Cよりも優れたパフォーマンスを示しています。市販のPD/Cの数よりも高い倍は、それぞれ257.49 A G-1および6.85 A M-2に達します。例外的なパフォーマンスは、粒子サイズが最小であり、豊富な官能基の存在に起因することがわかっています。さらに、バイオフィルムの欠如は、高品質のバイオ-PDの形成における重要な要因として特定されています。バイオフィルムの存在が金属凝集を最小限に抑え、均一な粒子サイズ分散をもたらす可能性があるためです。これらの発見は、生物系金属ナノ粒子の生成に関する貴重な機械的洞察を提供し、特に加速酸素還元反応において、潜在的な産業および環境の用途を示します。

Owing to the increasing need for green synthesis and environmental protection, the utilization of biological organism-derived carbons as supports for noble-metal electrocatalysts has garnered public interest. Nevertheless, the mechanism by which microorganisms generate nanometals has not been fully understood yet. In the present study, we used genetically engineered bacteria of Shewanella oneidensis MR-1 (∆SO4317, ∆SO4320, ∆SO0618 and ∆SO3745) to explore the effect of surface substances including biofilm-associated protein (bpfA), protein secreted by type I secretion systems (TISS) and type II secretion systems (T2SS), and lipopolysaccharide in microbial synthesis of metal nanoparticles. Results showed Pd/∆SO4317 (the catalyst prepared with the mutant ∆SO4317) shows better performance than other biocatalysts and commercial Pd/C, where the mass activity (MA) and specific activity (SA) of Pd/∆SO4317 are 3.1 and 2.1 times higher than those of commercial Pd/C, reaching 257.49 A g-1 and 6.85 A m-2 respectively. It has been found that the exceptional performance is attributed to the smallest particle size and the presence of abundant functional groups. Additionally, the absence of biofilms has been identified as a crucial factor in the formation of high-quality bio-Pd. Because the absence of biofilm can minimize metal agglomeration, resulting in uniform particle size dispersion. These findings provide valuable mechanical insights into the generation of biogenic metal nanoparticles and show potential industrial and environmental applications, especially in accelerating oxygen reduction reactions.