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科學家利用厭氧菌轉移電子﹐製造二維奈米材料
一個多世紀以來﹐科學家已經知道某些細菌可行厭氧呼吸﹐也就是在沒有氧氣的情況下呼吸。但是要到最近幾十年﹐研究人員才開始利用這種特性來製造有用的材料。現在﹐電子工程師已經找到一種方法﹐能利用這種細菌來製造日漸重要的二維材料「二硫化鉬」(MoS2)﹐這種材料可以製成厚度僅有幾個原子的薄片﹐有望用於未來的電子產品﹐有助於避免需要在嚴苛環境下進行的艱鉅合成過程。
美國壬色列工學院的電子工程師﹐也是該論文的資深作者索耶(Shayla Sawyer)說﹕「石墨烯是二維材料中具突破性的超級明星。但是二硫化鉬的差別在於﹐它帶來了新的『技能』。」石墨烯和二硫化鉬都既堅固又富彈性﹐對於構建未來的感測器和能量收集系統很有用。石墨烯是導體﹐二硫化鉬則是半導體﹐半導體可以透過外界刺激(例如光)來控制導電度。
索耶說﹐二硫化鉬「在化學應用上也較為廣泛」﹐例如可輕鬆改變化合物的表面以幫助捕獲微生物。但是二硫化鉬很難合成﹐並未參與這項研究的加拿大亞伯達大學材料工程師說﹐這個過程可能要在200~500℃和10倍大氣壓力的環境下進行。
為了解決這個問題﹐索耶等人利用Shewanella oneidensis這種細菌的厭氧呼吸設計出新的合成技術。當這種細菌呼吸時﹐最後會把電子轉移到氧原子上。壬色列工學院的生物電子工程師﹐也是論文的第一作者芮斯(James Dylan Rees)表示﹐但是在厭氧環境中﹐同一生物可以把電子轉移到特定的金屬化合物上。經過某些試誤﹐確定使用的最佳金屬化合物後﹐研究團隊把金屬與細菌放在一個幾乎沒有空氣的瓶子中。然後細菌會在呼吸過程中把電子傳遞給化合物﹐在兩星期之內製造出副產物二硫化鉬的奈米顆粒。
研究人評論﹐他喜歡這項研究提出在室溫下持續製造二硫化鉬的方式﹐但是如果要在感測器和電池等電子設備中可靠穩定地使用這材料﹐能夠控制材料中原子重複排列的統一性就很重要。索耶說﹐她的團隊仍需在製程方面繼續努力﹐這是面對活生生細菌時的艱鉅任務。她表示﹐利用細菌合成材料的前景一片光明﹐「我們目前碰觸到的可能性只是表面。」。
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