Videnskab
 science >> Videnskab >  >> nanoteknologi

Bioniske katalysatorer til at producere ren energi

Mikrober og nanomaterialer kan kombineres for at skabe et biohybridmateriale, der kan have brede miljøanvendelser. Kredit:KAUST

Blanding af mikrober med kulnanomaterialer kan hjælpe overgangen til vedvarende energi. KAUST -forskning viser, at mikrober og nanomaterialer kan bruges sammen til at danne et biohybridmateriale, der fungerer godt som en elektrokatalysator. Materialet kan bruges til solcelledrevet produktion af kulstoffrie brændstoffer og flere andre applikationer med grøn energi.

Kernen i mange rene energiteknologier er en proces kaldet oxygen-evolution-reaktionen (OER). Ved produktion af solbrændstof, for eksempel, OER muliggør brug af solenergi til at opdele vandmolekyler i ilt og brint, producerer rent brint, der kan bruges som brændstof. I øjeblikket, sjældne og dyre metaller bruges som OER elektrokatalysatorer. Men grafenbaserede biohybridmaterialer kan gøre en billig, miljøvenligt alternativ, Pascal Saikaly og hans team har vist.

Grafen - et lag carbon, der kun er et enkelt lag atomer tykt - og nært beslægtet reduceret grafenoxid er stærkt ledende, mekanisk robust og bredt tilgængelig. Imidlertid, de bliver først aktive katalysatorer, når de er blevet dopet med andre elementer, såsom svovl, jern, nitrogen eller kobber.

"Normalt udvikles grafenbaserede OER-katalysatorer ved kemiske metoder, som kræver strenge reaktionsbetingelser, såsom høj temperatur og rigelige giftige kemikalier, "forklarer Shafeer Kalathil, Saikalys tidligere postdoc. Et mere miljøvenligt alternativ er at bruge mikrober til at dekorere overfladen af ​​det reducerede grafenoxid. "Vi brugte den elektriske bakterie Geobacter sulfurreducens, fordi den er ikke -patogen, rig på jernholdige proteiner og rigelige i naturen, ”forklarer Kalathil.

Geobacter sulfurreducens er en elektrisk bakterie, teamet brugte til at dekorere overfladen af ​​det reducerede grafenoxid. Kredit:KAUST

Når teamet blandede bakterien og grafenoxidet under iltfrie forhold, bakteriecellerne klæber til overfladen og producerer jernrige proteiner til at interagere biokemisk med grafenoxidet som en del af deres naturlige metabolisme. Som resultat, det reducerede grafenoxid ender dekoreret med jern, kobber og svovl; derved, ved at blive en yderst effektiv OER elektrokatalysator.

"De elementer, som bakterien bidrog med, transformerede det katalytisk inerte grafen til et meget elektrokatalytisk, "siger Kalathil." Biohybridmaterialets OER-aktivitet overgik benchmarket dyre metalbaserede OER-katalysatorer, "tilføjer han. Bonussen er den miljøvenlige metode, teamet brugte til at lave den.

Saikaly og hans team arbejder nu på stor produktion og kommercialisering af denne biohybridkatalysator og udvikler andre typer biohybridkatalysatorer til andre vigtige elektrokatalytiske reaktioner, såsom hydrogen-evolution reaktion og carbondioxid-reduktion.


Varme artikler