劉和教授團隊在Chemical Engineering Journal期刊（IF=13.3）發表了題為“Upgrading algae waste into 3-D bio-cathode to enhance acetate synthesis by microbial electrosynthesis”的研究成果。

在全球“雙碳”目標的背景下，微生物電合成技術（Microbial Electrosynthesis, MES）因其可以通過功能微生物（如同型產乙酸菌）捕獲陰極電子，將CO?還原為乙酸等高附加值化學品而備受關注。該技術具有反應條件溫和、產品選擇性高等優點，因此在二氧化碳減排和高附加值化學品生產領域展現出巨大應用潛力。然而，現有陰極材料因孔隙結構不完善、電催化效率較低，導致電極與微生物之間的電子傳輸效率受限，制約了MES技術的進一步推廣。

為解決這一問題，本研究采用酚醛樹脂交聯和碳酸鈣模板改性技術（圖1），將富含氮、氧元素的廢棄藍藻生物質升級為具備發達孔隙結構和優異電催化性能的三維多孔電極材料（圖2）。這一新型三維多孔藍藻電極（PAE）具備改良的氮摻雜結構、豐富的含氧官能團以及平均孔徑約為70微米的大孔結構，顯著提升了電極的微生物負載能力和電催化活性。

實驗結果表明，三維多孔藍藻電極在MES生物陰極中表現出優異的乙酸合成能力，達到1020.86 mol/m³，是傳統商用碳氈材料的1.7倍，同時無機碳的轉化率接近90%（圖3）。研究進一步揭示了該電極材料增強MES性能的機制，發現三維藍藻多孔電極發達的孔隙結構顯著提高了微生物負載能力，而改進的氮摻雜結構和含氧官能團分別通過直接和間接電子傳輸增強了電極與微生物之間的相互作用（圖4）。

這一高效、易于制備且成本低廉的MES陰極材料，為二氧化碳向高附加值化學品的轉化和有機固廢的資源化處置提供了全新的技術途徑與應用前景。

論文的第一作者為2022級博士生曹啟浩，目前以第一作者在Chemical Engineering Journal、Bioresource Technology等期刊發表SCI論文4篇。通訊作者為江南大學環境與生態學院的劉和教授。本項研究工作得到了江蘇省生態環境科研項目：成果轉化與推廣項目（2022009）的資助和支持。

近年來劉和教授團隊在微生物電合成技術的固碳機制與調控、污泥厭氧發酵產酸等方面取得了豐碩成果，相關成果發表在Water Research、Applied and Environmental Microbiology、Chemical Engineering Journal、Bioresource Technology等領域權威期刊。

圖1. 三維多孔藍藻電極的制備過程示意圖

圖2. 三維多孔藍藻電極的理化特性

圖3. 三維多孔藍藻電極的微生物電合成表現

圖4. 三維多孔藍藻電極強化乙酸合成的機制