Los microbios y los nanomateriales se pueden combinar para crear un material biohíbrido que puede tener amplias aplicaciones ambientales.
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 se pueden usar juntos para formar un material biohíbrido que funciona bien como un electrocatalizador. El material podría ser utilizado en la producción de combustibles sin carbón y en varias otras aplicaciones de energía verde.
En el corazón de muchas tecnologías de energía limpia se encuentra un proceso denominado reacción de evolución del oxígeno (REA). En el caso de la producción de combustible solar, por ejemplo, el OER permite el uso de la electricidad solar para dividir las moléculas de agua en oxígeno e hidrógeno, produciendo hidrógeno limpio que se puede usar como combustible. Actualmente, los metales raros y costosos se utilizan como electrocatalizadores REA. Pero los materiales biohíbridos a base de grafeno podrían ser una alternativa económica y ecológica, según han demostrado Pascal Saikaly y su equipo.
El grafeno, una lámina de carbono que tiene solo una capa de átomos de espesor, y el óxido de grafeno reducido estrechamente relacionado son altamente conductivos, mecánicamente robustos y ampliamente disponibles. Sin embargo, solo se convierten en catalizadores activos una vez que se han dopado con otros elementos, como azufre, hierro, nitrógeno o cobre.
«Generalmente, los catalizadores de REA basados en grafeno se desarrollan mediante métodos químicos, que requieren condiciones de reacción rigurosas, como alta temperatura y sustancias químicas tóxicas abundantes», explica Shafeer Kalathil, ex postdoc de Saikaly. Una alternativa más respetuosa con el medio ambiente es utilizar microbios para decorar la superficie del óxido de grafeno reducido. «Utilizamos la bacteria eléctrica Geobacter sulfurreducens porque no es patógena, es rica en proteínas que contienen hierro y es abundante en la naturaleza», explica Kalathil.
Cuando el equipo mezcló la bacteria y el óxido de grafeno en condiciones sin 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 óxido de grafeno reducido termina decorado con hierro, cobre y azufre; De este modo, se convierte en un electrocatalizador de REA muy eficiente.
«Los elementos aportados por la bacteria transformaron el grafeno catalíticamente inerte en uno altamente electrocatalítico«, dice Kalathil. «La actividad OER del material biohíbrido superó a los costosos catalizadores de OER basados en metales de referencia», añade. El bono es el método amigable con el medio ambiente que el equipo usó para hacerlo.
Saikaly y su equipo están trabajando ahora en la producción y comercialización a gran escala de este catalizador biohíbrido y en el desarrollo de otros tipos de catalizadores biohíbridos para otras reacciones electro-catalíticas importantes, como la reacción de la evolución del hidrógeno y la reducción del dióxido de carbono.
Via: https://phys.org/news/2019-07-bionic-catalysts-energy.html
