The nanomaterial-biological hybrid system (NBHS) is a rapidly growing interdisciplinary field that combines photocatalytic nanomaterials with biological systems, leveraging the superior light-harvesting capabilities of nanomaterials and the excellent selectivity of enzymes and microbes. This integration enables the conversion of solar energy into chemical products with high efficiency, attracting significant research interest from the fields of renewable energy and environmental science. Despite notable advances, the synergy mechanisms between abiotic nanomaterials and biotic enzymes/microbes remain unclear. This review outlines the latest progress in NBHS, encompassing material-enzyme hybrids and material-microbial hybrids, and explores design principles. Specifically, it examines the crucial role of electron transfer modes in enhancing the synergistic efficiency of nanomaterials and biological systems by analyzing various electron transfer mechanisms at the nanomaterial-biological interface. Drawing from existing literature, the review highlights the use of interfacial electron transfer mechanisms between coenzymes and cytochromes to elucidate nano/bio-material synergy. This fundamental understanding unveils opportunities to enhance biocompatible interfaces and electron transfer mechanisms, enabling non-photosensitive bacteria to harness solar energy for light-driven intracellular metabolism and CO2 bio-reduction into value-added chemicals. By offering a comprehensive overview of NBHS, this review also lays the groundwork for the development of more powerful systems aimed at achieving carbon neutrality.

Abstract Myocardial ischemia/reperfusion (I/R) elicits an acute inflammatory response involving complement factors. Previous animal studies showed that circulation complement C3 was deposited in the ischemic myocardium flooded with oxygenated blood upon reperfusion. Recently, we reported that myocardial necrosis was decreased in C3 −/− mice after heart I/R. The current study used in the same heart model to test the effect of C3 on myocardial apoptosis. Our results showed that myocardial apoptosis was increased in C3 −/− mice after heart I/R. Further, comparative proteomics analyses found that cytochrome c was present in the myocardial C3-complex following I/R. These results indicate that C3 can interact with cytochrome c in the cytosol of cardiomyocytes during myocardial I/R, which may sequester cytochrome c and thus reduce the number of cells undergoing apoptosis. In summary, our findings raise the possibility of a new mechanism affecting cell death relevant to pathologic conditions such as ischemia: a circulating innate immune factor, i.e. complement, can interact with intracellular factor(s), and influence the types of cell death that occur.

Abstract Accelerators are indispensable additives in rubber vulcanization reactions. Hypo‐sulfonamide accelerators are widely used due to their fast vulcanization speed. However, the short vulcanization induction period compromises the processing safety of rubber. In this paper, we incorporated experiments with molecular simulations to investigate the underlying reasons for the different effects of various hypo‐sulfonamide accelerators The vulcanization induction period of each accelerator was investigated according to the vulcanization curves. Furthermore, the corresponding reaction mechanism was explored from the molecular scale through quantum mechanical and molecular dynamics simulations. Subsequently, the research focus was discussed in depth. The compatibility relationship between the accelerators and the rubber materials was verified through the crosslinking density test, and a coincidence between the experimental and simulation results was found. This study guides the selection and improvement of hypo‐sulfonamide accelerators and corroborates the factors influencing the vulcanization induction period of natural rubber by accelerators. Highlights Reactivity of accelerators calculated by quantum mechanical simulations. Difference in solubility parameter characterizes accelerator/NR compatibility. Mobility and diffusion coefficient reflect the diffusion ability of the promoter. Molecular simulation results are consistent with experimental results.

Shewanella oneidensis is a facultative anaerobe with the ability to use different terminal electron donors and acceptors. Therefore, S. oneidensis can be used either as an oxidizing agent for microbial corrosion of metals or as a reducing agent for microbial synthesis of metal nanoparticles depending on the metal type. Herein, we have shown that S. oneidensis MR-1 can be used for both microbial corrosion of nickel foam (NF) and microbial synthesis of Ni nanoparticles under environmentally benign conditions. It is found that S. oneidensis MR-1 can accelerate the corrosion process to form metal hydroxides on the surface of NF in the presence of Fe3+, and the obtained electrode shows improved electrocatalytic activity toward oxygen evolution reaction with an overpotential of 0.265 V to achieve a current density of 10 mA cm−2. However, the corrosion process of NF by S. oneidensis MR-1 is severely inhibited in the presence of Fe2+. In addition, aside from the corrosion process of NF, we have for the first time shown that Ni nanoparticles can be synthesized by the reduction of Ni2+ ions using S. oneidensis MR-1. The results show that the microbial energy metabolism of S. oneidensis MR-1 facilitates the electron transfer from electron-donating NF to the electron-accepting metal ions (Fe3+, Ni2+) across the microbes, coupling the corrosion process (Ni → Ni2+) and metal ions reductions (Fe3+ → Fe2+, Ni2+ → Ni), which demonstrates great potential for in-situ modification of electrode with microorganism and provides new avenue for electrode fabrication.

The rapid recombination of photogenerated charges is the primary bottleneck hindering the photocatalytic hydrogen generation with graphitic carbon nitride (g-C3N4). Herein, by introducing methyl viologen (MV) into the carbon nitride...