炭索未来（广东）生态环境科技有限公司
生物炭动态（2025年8月）
析氢反应（HER）和析氧反应（OER）是电解生产绿色氢气的两个并行反应，其规模化应用需要低成本且可持续的电催化剂，例如非贵金属和具有高比表面积的碳质结构材料。我们提出的假设是：经钼（Mo）和钴（Co）掺杂修饰的活化生物炭具有高孔隙度和高活性位点分散性，可在碱性介质中通过低过电位和高稳定性增强 HER 和 OER 的反应动力学。在此，我们开发了一种负载于氮掺杂生物炭上的双功能 Mo/Co 电催化剂，该生物炭由榛子壳制备而成，实现了对智利重要农工业废弃物的资源化利用。活化生物炭基质具有相互连通的分级孔隙结构，比表面积高达 1102 m²/g，ID/IG 值为 1.08 的石墨化程度；X 射线光电子能谱（XPS）分析证实了氮掺杂的存在，形成的吡啶氮和石墨氮官能团改善了催化性能。金属掺杂到基底中促使双金属 Mo/Co 活性位点（Co6Mo6C）的形成，提高了石墨化程度并促进了这些双金属位点的生长。该催化剂在碱性条件下表现出优异的电催化性能：HER 过电位为 0.257 V，OER 过电位为 0.370 V，塔菲尔斜率分别低至 51 mV/dec 和 59 mV/dec，同时改善了电子转移效率和稳定性。
图文摘要 01 双金属 Mo/Co 活性位点的形成显著提升了催化效果 ——与单金属修饰相比，两种金属的协同功能化更有效地降低了 HER/OER 的过电位。 02 在碱性介质中，BC-Mo/Co 催化剂具有更高的活性位点暴露度和稳定性。 钒（V）被认为是一种对植物生长发育有不利影响的环境污染物。本研究的主要目的是探讨硫改性生物炭（SBC）与标准生物炭（BC）相比，在35 mg L⁻¹钒胁迫下对水稻的影响。研究结果表明，钒胁迫显著抑制水稻幼苗生长，表现为地上部鲜重、叶绿素含量、光合作用和根系属性的降低。与BC和SBC处理的植物相比，受钒胁迫植物的地上部和根系中钒的积累量更高。施用SBC比BC更有效地促进水稻生长，水稻鲜重增加61.41%，根长增加63.04%，叶绿素a增加66.66%，叶绿素b增加52.20%，类胡萝卜素增加52.95%，同时气体交换属性增强。与受钒胁迫的植物相比，SBC处理的植物地上部钒积累量增加了58.33%，根部钒积累量增加了43.79%。SBC还通过提高根和芽中的抗氧化酶活性来诱导水稻对钒胁迫的耐受性，包括超氧化物歧化酶（SOD，85.25%/89.41%）、过氧化氢酶（CAT，119.04%/100.01%）、谷胱甘肽过氧化物酶（GPX，82.20%/79.82%）、谷胱甘肽S-转移酶（GST，123.74%/114.67%）、抗坏血酸过氧化物酶（APX，86.56%/63.74%）、谷胱甘肽还原酶（GR，204.87%/60.36%）、脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR，53.60%/62.06%）和单脱氢抗坏血酸还原酶（MDHAR，87.09%/88.88%），同时降低过氧化氢（H₂O₂）和丙二醛（MDA）水平。此外，SBC提高了乙二醛酶活性（Gly I提高了96.15%/77.14%，Gly II提高了115.78%/104.25%），减轻了甲基乙二醛（MG）引起的毒性，并增强了金属耐受基因（OsFSD1）和抗氧化乙二醛酶系统的表达。总体而言，施用SBC比施用BC更能有效减轻钒诱导的毒性效应并促进水稻植株生长。然而，仍需进一步研究以确定促进生长的具体驱动机制。
图文摘要 01 SBC具有独特的物理和化学特性，可显著改善水稻营养并缓解V胁迫。 02 SBC显著促进钒胁迫下水稻的生长，主要通过加速幼苗生长和显著降低植物组织中钒的积累实现。 03 SBC的施用对植物的关键生理特性产生了积极影响，如提高叶绿素含量和叶片气体交换率。 04 SBC通过提高抗氧化酶活性、降低活性氧（ROS）水平以及上调与V胁迫耐受性相关基因的表达，发挥了有益作用。 05 SBC是水稻适应V胁迫的潜在解决方案，且可利用小麦秸秆等农业废弃物生产生物炭。 在热带地区，土壤无脊椎动物对关键的生态系统过程起着重要作用，它们种类繁多，但研究却相对较少。向热带土壤中添加热解生物质（生物炭）能够通过提高磷和微量营养元素的有效性来增加森林生产力，但其对无脊椎动物群落的影响却鲜少受到关注。为此， 我们开展了一项为期 3 年的研究，针对厄瓜多尔亚马逊地区养分较低的冲积沙质土壤和养分含量较高的坡积土壤，通过试验丰富的非木质林产品（NTFP）物种区、以 10 吨 / 公顷剂量分别施用窑式生物炭和传统土堆生物炭改良次生林，利用陷阱式诱捕器采集地表凋落物中的无脊椎动物。在多变量分析中，土壤条件和季节性是土壤无脊椎动物群落结构的主要决定因素；然而，生物炭处理的影响也可以检测到。捕食者（蚂蚁和蜘蛛）和食微生物动物（尤其是线蚓目）是研究中的主要功能群，捕食者在采集季节中数量增加，而食微生物动物数量减少。食微生物动物在铝含量高的情况下数量减少，而生物炭的添加降低了其数量。相比之下，捕食者在土壤铝含量增加时数量增多，但这种模式仅在较贫瘠的冲积土和非木材森林产品混合种植区表现明显。在养分含量较高的坡积土中，与对照组相比，添加窑制生物炭后寄生蜂的数量增加，而仅在非木材森林产品混合种植区，等窑炉生物炭的添加使异足目动物的数量增加。研究结果表明，土壤无脊椎动物，特别是弹尾目动物、蚂蚁和寄生蜂对生物炭的添加有响应，但这种响应模式会随时间发生变化，同时也取决于所使用的特定生物炭类型及土壤类型。
图文摘要 01 生物炭类型是预测其对无脊椎动物群落影响的关键因素。 02 对生物炭（窑式和土堆型均如此）表现出积极响应的主要类群为非蚁科膜翅目昆虫，这表明生物炭添加可能促使植食性昆虫天敌数量增加。 03 生物炭添加未对土壤无脊椎动物产生不利影响，高温窑式生物炭对无脊椎动物的丰度和多样性呈现出积极趋势。 |
