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 electrocatalizador. El material podría utilizarse en la producción con energía solar de combustibles libres de carbono y en varias otras aplicaciones de energía verde.

En el corazón de muchas tecnologías de energía limpia se encuentra un proceso llamado reacción de evolución de oxígeno (REA). En el caso de la producción de combustible solar, por ejemplo, los REA permiten el uso de electricidad solar para dividir las moléculas de agua en oxígeno e hidrógeno, produciendo hidrógeno limpio que se puede utilizar como combustible. En la actualidad, Los metales raros y costosos se utilizan como electrocatalizadores REA. Pero los materiales biohíbridos a base de grafeno podrían generar un alternativa ecológica, Pascal Saikaly y su equipo lo han demostrado.

El grafeno, una hoja de carbono que tiene solo una capa de átomos de espesor, y el óxido de grafeno reducido estrechamente relacionado son altamente conductivos. mecánicamente robusto y ampliamente disponible. Sin embargo, solo se convierten en catalizadores activos una vez que se han dopado con otros elementos, como el azufre, planchar, nitrógeno o cobre.

"Por lo general, los catalizadores REA basados ​​en grafeno se desarrollan mediante métodos químicos, que requieren condiciones de reacción rigurosas, tales como altas temperaturas y abundantes productos químicos tóxicos, "explica Shafeer Kalathil, Ex postdoctorado de Saikaly. Una alternativa más ecológica es utilizar microbios para decorar la superficie del óxido de grafeno reducido. "Usamos la bacteria eléctrica Geobacter sulfurreducens porque no es patógena, rico 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 óxido de grafeno reducido termina decorado con hierro, cobre y azufre; de este modo, convirtiéndose en un electrocatalizador REA altamente eficiente.

"Los elementos aportados por la bacteria transformaron el grafeno catalíticamente inerte en uno altamente electrocatalítico, ", dice Kalathil." La actividad de REA del material biohíbrido superó a los costosos catalizadores de REA basados ​​en metales de referencia, ", añade. El bono es el método ecológico que el equipo utilizó para hacerlo.

Saikaly y su equipo ahora están trabajando en la producción y comercialización a gran escala de este catalizador biohíbrido y desarrollando otros tipos de catalizador biohíbrido para otras reacciones electrocatalíticas importantes. tales como reacción de desprendimiento de hidrógeno y reducción de dióxido de carbono.