El oxígeno es el mayor enemigo de los biocatalizadores para la conversión de energía. Una película protectora los protege, pero solo con un ingrediente adicional:sal de yoduro.

Contrariamente a las predicciones teóricas, el oxígeno inactiva los biocatalizadores para la conversión de energía en poco tiempo, incluso bajo una película protectora. Un equipo de investigación del Resolv Cluster of Excellence en Ruhr Universität Bochum (RUB) ha descubierto por qué:Se forma peróxido de hidrógeno en la película protectora. La adición de sales de yoduro al electrolito puede evitar que esto suceda y prolongar considerablemente la vida útil de los catalizadores. El equipo alrededor del profesor Nicolas Plumeré de Resolv, El Dr. Erik Freier del Instituto Leibniz de Ciencias Analíticas de Dortmund y el profesor Wolfgang Lubitz del Instituto Max Planck para la Conversión de Energía Química en Mülheim informa sus hallazgos en Comunicaciones de la naturaleza .

Desactivado en segundos

Los catalizadores biológicos y bioinspirados están disponibles en abundancia y su rendimiento catalítico es cercano al de los catalizadores de metales preciosos. Sin embargo, no se utilizan ampliamente para procesos de conversión de energía. La razón de esto es su inestabilidad. "Algunos de los catalizadores de conversión de moléculas pequeñas más activos relevantes para los sistemas de energía sostenible son tan sensibles al oxígeno que se desactivan por completo en segundos cuando entran en contacto con él, "explica Nicolas Plumeré.

El grupo de investigación había descubierto recientemente que las películas con actividad redox pueden proteger contra esto a los bioinspirados e incluso a los biocatalizadores como las hidrogenasas. Los modelos teóricos predicen que la protección contra el oxígeno debería durar indefinidamente. En experimentos, sin embargo, hasta ahora, esta protección solo ha sido eficaz durante unas pocas horas. "Esto contradice nuestros cálculos teóricos y no se puede explicar, incluso teniendo en cuenta la vida útil del mismo catalizador en un entorno sin oxígeno, "dice Plumeré. Este último es hasta seis semanas con rotación constante.

La combinación de métodos explora el problema

Esto llevó a los investigadores a concluir que aún no se comprende el mecanismo de protección contra el oxígeno, o que aparte de la desactivación por oxígeno, tienen lugar procesos dañinos adicionales. Para investigar esto, combinaron varios métodos que les permitieron examinar en detalle lo que sucede en la capa protegida. La combinación de microscopía de fluorescencia confocal y dispersión coherente anti-Stokes Raman realizada en el laboratorio por Erik Freier, con electroquímica para el análisis de la matriz protectora mostró:El proceso protector conduce a una acumulación de peróxido de hidrógeno, que promueve el daño a la película catalítica.

Los investigadores muestran que la descomposición del peróxido de hidrógeno con sales de yoduro aumenta la vida media de una hidrogenasa para la oxidación del hidrógeno hasta una semana con un recambio constante. incluso con exposición constante a altas concentraciones de oxígeno. "En general, Nuestros datos confirman la teoría de que las películas redox hacen que los catalizadores sensibles al oxígeno sean completamente inmunes a la desactivación directa por el oxígeno. "concluye Plumeré". Sin embargo, también es muy importante suprimir la producción de peróxido de hidrógeno para lograr una protección completa contra el estrés oxidativo ".

"Nuestro trabajo muestra que la simple estrategia de agregar sales de yoduro al electrolito puede ser suficiente para reducir significativamente las tasas de inactivación de los biocatalizadores, "dicen los investigadores. Creen que esto permitirá la implementación generalizada de otros procesos electrocatalíticos en aplicaciones reales. Esto también incluye procesos de conversión de energía como la generación de combustible solar por reducción de dióxido de carbono y la electrosíntesis de químicos finos o básicos como el amoníaco".