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金属纳米催化剂能够快速高效地处理多种水体污染,如重金属污染和水中有机物的去除。金属纳米催化剂的制备方法及制备过程的影响因素对催化剂的形貌和性能具有很大的影响,因此寻找到恰当的制备方法和反应条件对催化剂在环境保护中的应用具有重要意义。我们首次用希瓦氏菌(Shewanella loihica PV-4)制备粒径小、活性高的钯纳米粒子。Pd(II)的还原发生于希瓦氏菌细胞外和细胞内,钯纳米粒子的尺寸在4-10 nm范围内。通过与无微生物参与的钯纳米粒子的粒径(50-100 nm)对比发现,生物法制备的钯纳米粒子具有相对较小的粒径。实验结果证明高的Pd(II)浓度、弱酸性环境和高浓度甲酸钠作为电子供体能够加速钯纳米粒子的生产过程。这些结果证明了Shewanella loihica PV-4生产的钯纳米粒子的可行性,以及微生物的存在使钯纳米粒子具有更小的粒径且不易发生团聚。生物法制备的钯纳米催化剂被用来催化还原地下水中的六价铬,并且无微生物参与制备的钯催化剂被用作对比实验。实验发现在反应结束时,生物法制备的钯纳米粒子对六价铬的还原率(100%)比化学钯(34.2±2.8%)更高,这证明生物法制备的小粒径钯纳米粒子对于六价铬具有更高的催化活性,这为地下水中的六价铬污染处理提供了理论依据。为了解决钯纳米催化剂在应用过程中的流失问题,生物法制备钯催化剂过程在微生物电解池的阴极室中进行,实现了阴极室原位制备钯负载电极和产氢的目的。通过计算电极的电化学活性表面积发现,Shewanella oneidensis MR-1辅助制备的生物钯电极的电化学活性表面积为40.5±3.5 m2 g-1,比非生物钯电极的电化学活性表面积(16.8±2.8 m2 g-1)大,因而电化学性质更高。同时,两种钯电极作被用在阴极室催化产氢,生物电沉积的钯电极产氢速率为61.8±2.0 L-H2 m-3 d-1,比无微生物参与的钯电极产氢效率(38.5±2.0 L-H2 m-3 d-1)高。这为微生物电解池中原位制备阴极催化剂的工艺和应用提供了技术支持和理论依据,并且解决了催化剂的流失问题。