Catalizadores biónicos para producir energía limpia
La mezcla de microbios con nanomateriales de carbono podría ayudar a la transición a la energía renovable. La investigación de KAUST muestra que los microbios y los nanomateriales pueden ser usados juntos para formar un material biohíbrido que funciona bien como un electrocatalizador. El material podría utilizarse en la producción de combustibles libres de carbono con energía solar y en varias otras aplicaciones de energía verde.
Geobacter sulfurreducens es una bacteria eléctrica que el equipo utilizó para decorar la superficie del óxido de grafeno reducido.
© 2019 KAUST
Los microbios y los nanomateriales pueden combinarse para crear un material biohíbrido que puede tener amplias aplicaciones ambientales.
© 2019 KAUST
En el corazón de muchas tecnologías de energía limpia se encuentra un proceso llamado reacción de evolución de oxígeno (OER). En el caso de la producción de combustible solar, por ejemplo, la TEA permite el uso de electricidad solar para dividir las moléculas de agua en oxígeno e hidrógeno, produciendo hidrógeno limpio que puede utilizarse como combustible. Actualmente, se utilizan metales raros y caros como electrocatalizadores OER. Pero los materiales biohíbridos basados en gráficos podrían ser una alternativa económica y ecológica, han demostrado Pascal Saikaly y su equipo.
El grafito, una lámina de carbono de una sola capa de átomos de espesor, y el óxido de grafeno reducido estrechamente relacionado, son altamente conductivos, mecánicamente robustos y ampliamente disponibles. Sin embargo, sólo se convierten en catalizadores activos una vez que han sido dopados con otros elementos, como azufre, hierro, nitrógeno o cobre.
"Por lo general, los catalizadores OER basados en gráficas se desarrollan mediante métodos químicos, que requieren condiciones de reacción rigurosas, como altas temperaturas y copiosos productos químicos tóxicos", explica Shafeer Kalathil, ex postdoctoral de Saikaly. Una alternativa más ecológica es utilizar microbios para decorar la superficie del óxido de grafeno reducido. "Utilizamos la bacteria eléctrica Geobacter sulfurreducens porque no es patógena, rica en proteínas que contienen hierro y abundante en la naturaleza", explica Kalathil.
Cuando el equipo mezcló la bacteria y el óxido de grafeno en condiciones libres de oxígeno, las células bacterianas se adhieren a la superficie y producen proteínas ricas en hierro para interactuar bioquímicamente con el óxido de grafeno como parte de su metabolismo natural. Como resultado, el reducido óxido de grafeno termina decorado con hierro, cobre y azufre, convirtiéndose así en un electrocatalizador OER de alta eficiencia.
"Los elementos aportados por la bacteria transformaron el grafeno catalíticamente inerte en uno altamente electrocatalítico", dice Kalathil. "La actividad de la TEA del material biohíbrido superó el rendimiento de los catalizadores de TEA basados en metales caros de referencia", añade. El bono es el método respetuoso con el medio ambiente que el equipo utilizó para hacerlo.
Saikaly y su equipo están trabajando en la producción y comercialización a gran escala de este catalizador biohíbrido y desarrollando otros tipos de catalizadores biohíbridos para otras reacciones electrocatalíticas importantes, como la reacción de evolución de hidrógeno y la reducción de dióxido de carbono.
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