Grafen bazlı biyo-hibrit malzemeler ucuz ve çevre dostu elektrokatalizörler haline gelebilir
Mikroorganizmaları karbon nanomalzemelerle karıştırmak, yenilenebilir enerjiye geçişe yardımcı olabilir. KAUST'ın araştırması, mikroorganizmaların ve nanomalzemelerin bir elektrokatalizör olarak iyi performansa sahip biyolojik bir hibrit malzeme oluşturmak için birlikte kullanılabileceğini göstermektedir. Bu malzeme, karbonsuz yakıtın ve diğer bazı yeşil enerji kaynaklarının güneş enerjisi üretimi için kullanılabilir. Birçok temiz enerji teknolojisinin özü, oksijen evrim reaksiyonu (OER) adı verilen bir süreçtir. Örneğin, güneş enerjisiyle yakıt üretimi durumunda OER, yakıt olarak kullanılabilecek temiz hidrojen üretmek için su moleküllerini oksijene ve hidrojene ayrıştırmak için güneş enerjisini kullanır.
Şu anda, nadir ve pahalı metaller OER elektrokatalizörleri olarak kullanılıyor, ancak Pascal Saikaly ve ekibi, grafen bazlı biyohibrit malzemelerin ucuz ve çevre dostu bir alternatif olabileceğini kanıtladı. Grafen, yalnızca bir atomik kalınlık tabakası olan bir tür karbon puludur.Yakın ilişkili indirgenmiş grafen oksit, yüksek iletkenliğe ve yüksek mekanik dayanıma sahiptir ve yaygın olarak kullanılabilir.
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)Bununla birlikte, sadece sülfür, demir, nitrojen veya bakır gibi diğer elementlerle katkılandıklarında aktif katalizörler haline gelirler. Genellikle grafen bazlı OER katalizörleri, yüksek sıcaklıklar ve çok sayıda toksik kimyasal gibi katı reaksiyon koşulları gerektiren kimyasal yöntemlerle geliştirilir. Daha çevre dostu bir alternatif, indirgenmiş grafen oksit yüzeyini değiştirmek için mikroorganizmaları kullanmaktır.
Çalışmada, patojenik olmadığı, ferritin açısından zengin ve doğası gereği bol olduğu için Agrobacterium sulfo indirgeyici kullanıldı. Ekip, anaerobik koşullar altında bakteri ve grafen oksidi karıştırdığında, bakteri hücreleri yüzeye yapıştı ve doğal metabolizmasının bir parçası olarak grafen oksit ile biyokimyasal olarak reaksiyona giren demir açısından zengin proteinler üretti. Sonuç olarak, indirgenmiş grafen oksit nihayet demir, bakır ve sülfür ile süslenir ve bu nedenle verimli bir OER elektrokatalizör haline gelir. Bakteriler tarafından sağlanan elementler, katalitik olarak inert grafeni oldukça elektrokatalitik grafene dönüştürür Biyolojik hibrit materyalin OER aktivitesi, kıyaslamalı pahalı metal OER katalizöründen daha iyidir.
Araştırma ekibi çevre dostu yöntemler benimsiyor.Saikaly ve ekibi şu anda bu biyo-hibrit katalizörün büyük ölçekli üretimi ve ticarileştirilmesi üzerinde çalışıyor ve hidrojen evrim reaksiyonu gibi diğer önemli elektrokatalitik reaksiyonlar için başka biyo-hibrit katalizörler geliştiriyorlar. Karbondioksit indirgeme reaksiyonu. Heteroatom katkılı / modifiye grafen veya indirgenmiş grafen oksit (rGO), su ayırma teknolojisi de dahil olmak üzere birçok teknolojide rol oynayacak olan elektrokatalizörlerin geliştirilmesi için umut verici bir yol sağlar. Bununla birlikte, mevcut doping yöntemi çok karmaşıktır, çevre dostu değildir ve uygun maliyetli değildir Katkılı / değiştirilmiş rGO'nun yeni araştırılan oksijen evrim reaksiyonu (OER) sentezi, uygun maliyetli, sürdürülebilir ve ölçeklemesi kolay basit bir yöntem kullanır. .
OER katalizörü, grafen oksidin harici bir elektron transfer bakteri olan Kükürt azaltıcı bakteri tarafından indirgenmesiyle elde edilir. Çeşitli analiz araçları, Fe, Cu, N, P ve S gibi aşırı aktif elementlerin rGO pullarını süslediğini göstermektedir. Tafel eğimi 43 mV de-1 olan tersinir hidrojen elektrodu ile karşılaştırıldığında, hibrit katalizör (yani Geobacter / rGO), 270 mV aşırı potansiyelde 10 mA cm-2 geometrik akım yoğunluğuna ve yüksek bir potansiyele sahiptir. 10 saatlik stabilite testi ile kanıtlanabilen dayanıklılık. Elektrokimyasal analiz, demirin önemini ve OER'nin aktif bölgesi olarak olası rolünü gösterir.
