Colloidal quantum dots (QDs) are semiconductor nanoparticles having a characteristic that the bandgap structure of the QD varies depending on the size of the particle. The QDs can absorb and emit light of different wavelengths based on the bandgap size. In this study, we investigated the characteristics of QDs that generate electrons and holes when exposed to light. We utilized the induced electrons to facilitate chemical reactions, focusing particularly on the production of ammonia. Azotobacter vinelandii (A. vinelandii) is a dinitrogen-fixing bacterium capable of fixing nitrogen in the atmosphere and producing ammonia during aerobic growth. However, these nitrogen-fixing bacteria exhibit low ammonia conversion efficiency for industrial ammonia production. Therefore, we propose a hybrid system combining colloidal QDs and A. vinelandii to enhance the ammonia productivity of the bacterium. In this study, indium phosphide (InP) based QDs were employed to develop a hybrid system suitable for biological applications. Through this research, we anticipate the environmentally friendly production of ammonia under milder temperature and pressure conditions compared to the existing Haber-Bosch process, utilizing the nitrogen-fixing bacteria and QDs in a hybrid structure.
콜로이드 양자점은 입자의 크기에 따라 양자점의 밴드갭 구조가 다양하게 변하는 특성을 가진 반도체 나노 입자입니다. 양자점은 밴드갭 크기에 따라 다른 파장의 빛을 흡수하고 방출할 수 있습니다. 이 연구에서는 빛이 조사되었을 때 전자와 양공을 생성하는 양자점의 특성과 유도된 전자를 이용하여 화학 반응을 진행하는 특히 암모니아 생산에 대해 조사했습니다. Azotobacter vinelandii는 대기 중 질소를 고정하고 공기 중에서 증식하는 동안 암모니아를 생산할 수 있는 질소 고정 세균입니다. 그러나 질소 고정 세균은 산업용 암모니아 생산에 있어서 암모니아 전환 효율이 낮습니다. 따라서 저희는 암모니아 생산량을 증가시키기 위해 콜로이드 양자점과 질소고정 박테리아의 하이브리드 시스템을 제안합니다. 이 연구에서는 생물학적 시스템에 적합한 인화 인듐 기반 양자점을 활용하여 하이브리드 시스템을 개발했습니다. 이 연구를 통해 질소 고정 세균과 양자점을 하이브리드 구조로 활용하여 기존 Haber-Bosch 공정에 비해 주변의 온도와 압력 조건 수준에서 암모니아를 생산할 수 있는 공정 개발이 기대됩니다.
