建大新闻网讯    近日，西安建大材料学院云斯宁教授“新能源材料高效利用”团队在无机非金属先进能源资源化利用方面取得重要进展。研究成果以题为“Understanding of the potential role of carbon dots in promoting interspecies electron transfer process in anaerobic co-digestion under magnetic field: Focusing on methane and hydrogen production（理解碳点在磁场作用下促进厌氧共消化种间电子传递中的角色：关注甲烷和氢气的生产）”发表在在化学工程领域国际权威期刊《Chemical Engineering Journal》上（期刊缩写：Chem Eng J；期刊最新影响因子为：15.1，SCI一区TOP期刊，我校A类期刊）。西安建筑科技大学为论文独立完成单位，云斯宁教授为论文通讯作者，材料学院硕士研究生高阳阳为论文第一作者。

通过厌氧消化将有机废弃物转化为肥料和燃料是资源回收再利用的有效途径。厌氧消化是一种常见且有效的生物质废弃物处理技术，其涉及复杂的生物转化过程，依赖于微生物的代谢。然而，这些微生物群落经常受到消化环境差和种间电子传递（Interspecific electron transfer，IET）效率低的影响，导致厌氧消化系统稳定性弱、有机物降解率低和沼气产量低。为了克服这些困难，外加磁场和添加促进剂被证明是提高厌氧消化性能的有效方法。

研究团队探究了碳点（carbon dots，CQDs）作为促进剂在磁场（Magnetic Field，MF）条件下促进厌氧共消化系统（芦荟废弃物和牛粪为发酵底物，活性污泥为接种物）的产甲烷和产氢性能。研究结果表明：与对照组（188.9 mL/g VS、4.2 mL/g VS、34.7 %、26.3 %）相比，外加磁场（5 mT）显著提高了甲烷产量（256.1 mL/g VS）、氢气产量（7.0 mL/g VS）、总化学需氧量去除率（41.7 %）和能量转化效率（35.7 %）。在5 mT磁场下，引入0.18‒0.45 wt.%的碳点对发酵系统消化性能产生进一步增强作用。在5 mT磁场下，添加0.36 wt.%CQDs的实验组，获得了最高的甲烷产量（348.9 mL/g VS）、氢气产量（9.9 mL/g VS）和总化学需氧量去除率（58.4 %），能量回收效率比对照组提高了85 %。此外，添加0.36 wt.% CQDs的沼渣表现出优异的热稳定性（59.71 %）和总养分含量（38.17 g/kg），具有作为复合肥主要成分的应用潜力。

氢种间电子转移(hydrogen interspecies electron transfer, HIET)和直接种间电子转移(direct interspecies electron transfer, DIET)是发酵系统中产氢和产甲烷的两个重要过程。磁场和碳点对发酵系统中甲烷和氢气生产的具体贡献如下：1）磁场促进了产氢菌、氢营养型产甲烷菌、电活性细菌和电营养型产甲烷菌的富集，强化了HIET和DIET过程。2）碳点进一步促进了产氢产电菌、氢营养型产甲烷菌、电营养型产甲烷菌和氢营养型产甲烷菌的富集，强化了HIET和DIET过程。3）碳点在发酵系统中构建了电子传输通道，增强了种间电子转移（HIET和DIET）效率。

总之，这项工作通过碳点与磁场的协同作用，促进厌氧共消化系统HIET和DIET过程，提高厌氧共消化系统的IET效率，为优化能量回收提供了一种可行的途径和策略。

硕士研究生高阳阳于2021年9月进入我校材料科学与工程学院功能材料研究所（FML）学习，导师为云斯宁教授。高阳阳同学在三年研究生期间，以第一作者身份完成了1篇一区SCI论文（ChemicalEngineeringJournal, 2024, 489, 151381,影响因子：15.1），并参与了4篇一区TOP期刊SCI论文的撰写。国际期刊《Chemical Engineering Journal》的学术影响力在355个工程学-工业与制造工程（Engineering-Industrial and Manufacturing Engineering）期刊中排名第三（3/355）；在272个工程学-通用化工（Engineering-General Chemical Engineering）期刊中排名第六（6/272）；在139个工程学-环境化学（Engineering-Environmental Chemistry）期刊中排名第四（4/139）。ChemicalEngineeringJournal目前在大类和小类分区中都是一区。

期刊链接：

https://www.sciencedirect.com/journal/chemical-engineering-journal

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894724028687?via%3Dihub

媒体报道：

西安建大云斯宁教授团队Chem Eng J：理解碳点在磁场作用下促进厌氧共消化种间电子传递过程中的潜在作用：关注甲烷和氢气的生产

Energist能源学人：https://mp.weixin.qq.com/s/EDo3lHwLA_ccf6L8yaiHYg

EnergyMaterials能源材料：https://mp.weixin.qq.com/s/t55Nm2MbwClNLgU094YfOg