1 新型细菌-材料杂合体的快速构建及光-生物协同催化产氢应用

由细菌与半导电纳米材料组成的耦合体系可有效协同光催化材料优异的光吸收能力和菌体的污染物代谢能力和自我繁殖能力，从而同步利用太阳能和废水中的化学能驱动各种可再生能源与化学品的绿色合成。然而，现有生物-光催化材料复合体主要利用体外人工合成的半导体材料来构建，普遍存在光电子利用效率低、抑制细胞活性和难以再生循环利用等问题，从而限制了其实际应用。针对这一挑战，我们提出了利用细胞自组装合成的金属纳米材料原位构建可再生细胞-材料复合体的新策略，以大肠杆菌为模式菌在无氧条件下高效胞内合成了硒化镉量子点（合成速率比常规好氧生物合成体系提高了两个数量级），进而自发形成了高活性的菌-量子点复合体，其在可见光下的光催化产氢量子效率高大28.7%，优于现有的所有菌-材料复合体。另外，证实了该复合体应用于实际废水处理和同步光催化产氢的可行性。该研究成果对于推动纳米材料生物合成技术的发展和指导细菌-材料复合体系的优化构建及在能源、环境等领域的应用具有重要意义。成果发表在Nanoscale (2022,14, 8409-8417)。

2 增塑剂促进抗生素抗性基因水平转移

邻苯二甲酸酯作为增塑剂被广泛用于塑料制品的制造和加工过程中。然而，邻苯二甲酸酯很容易从塑料中释放并在水生和陆地环境中逐渐积累。值得注意的是，水生、土壤环境和动物肠道也含有丰富的微生物，其将不可避免地受到共存的增塑剂的影响，并且可能带来未知的环境和健康后果。尽管塑料和微生物之间的直接相互作用已经得到了深入研究，但到目前为止，塑料通过释放的增塑剂可能产生的间接生物影响仍不清晰。我们深入研究了增塑剂对环境微生物中抗生素耐药基因（ARGs）传播的影响。研究发现环境相关浓度的邻苯二甲酸二甲酯（一种模式增塑剂）显著提高了质粒介导的抗生素抗性基因在废水微生物群落中的水平转移。邻苯二甲酸酯直接与膜脂质相互作用并间接刺激ROS生成诱导细菌氧化应激和SOS反应。这些变化共同导致膜通透性增加和接合转移相关基因表达上调，最终加速质粒携带的多重耐药基因的水平转移。这项研究提供了邻苯二甲酸酯-细菌相互作用的基础知识，拓宽了我们对塑料的环境和生态风险的理解并为控制抗生素抗性基因的环境传播提供了理论依据。成果发表在Environmental Science & Technology 2023, 57, 17, 6876–6887。

3 固体废弃物资源回收利用

3.1 废旧锂电池中锂离子的资源回收

随着锂电池（LIBs）在当前迅猛增长的电池市场的广泛应用，锂资源的稀缺性不可避免地制约了锂离子相关产业的长远发展。通过传统金属回收方式，虽然能够实现针对锂金属的高浸取效率，但往往会导致二次污染且难以获得高纯度的锂金属资源。因此，针对这一挑战，我们建立了一种以电化学方式为核心的从废弃锂电池中浸取锂金属的回收技术，通过静电斥力与电氧化协同选择性回收锂的电化学处理新技术，实现了退役锂电池中近100%的锂浸取效率，获得了高纯度的锂金属资源，同时揭示了镍氧化调控锂脱嵌机制，为电化学锂金属回收提供了有力的技术与理论支撑。成果发表在Environmental Science & Technology (2023, 57, 4591–4597）。

3.2 废弃三元锂电池的原位再生资源化利用

富含贵价金属镍、钴、锰的三元锂电池逐渐成为新能源汽车电池的核心材料，我国钴、镍的资源量普遍存在被“卡脖子”风险，限制了三元锂电池应用的未来发展。传统湿法与火法金属回收工艺难以有效实现目标金属的选择性回收，同时不可避免产生二次化学污染与高能耗的问题。针对这一挑战，我们通过建立以电化学技术为核心的金属回收体系，应用特定的功能材料，优化电极性能，提升对废弃三元锂电池复杂金属体系中钴、镍、锰的选择性回收，同时原位合成能够回用于锂电池、锌空气电池等清洁能源转化与储存应用的高附加值产物。在当前研究方向中所涉及的材料与电化学技术发表于Resources, Conservation and Recycling (2021, 172，105672) 与Water Research (2021, 188，116532)。