Un equipo internacional de investigadores ha desarrollado un nuevo mecanismo para proteger las enzimas del oxígeno como biocatalizadores en las celdas de combustible. Las enzimas, conocidas como hidrogenasas, son tan eficientes como los catalizadores de metales preciosos, pero inestables cuando entran en contacto con el oxígeno.por lo tanto, aún no son adecuados para aplicaciones tecnológicas. El nuevo mecanismo de protección se basa en enzimas que consumen oxígeno que extraen su energía del azúcar. Los investigadores demostraron que pudieron usar este mecanismo de protección para producir una célula de biocombustible funcional que funciona con hidrógeno yglucosa como combustible
El equipo dirigido por el Dr. Adrian Ruff y el profesor Wolfgang Schuhmann del Centro de Ciencias Electroquímicas de la Ruhr-Universität Bochum describe los resultados en la revista Comunicaciones de la naturaleza desde el 10 de septiembre de 2018 junto con colegas del Instituto Max Planck para la conversión de energía química en Mülheim an der Ruhr y la Universidad de Lisboa.
mecanismo de protección anterior rendimiento reducido
El equipo del Centro Bochum de Ciencias Electroquímicas ya había demostrado en estudios anteriores que las hidrogenasas se pueden proteger del oxígeno al incorporarlas en un polímero. "Sin embargo, este mecanismo consumió electrones, lo que redujo el rendimiento de la celda de combustible", diceAdrian Ruff. "Además, parte del catalizador se usó para proteger la enzima". Por lo tanto, los científicos buscaron formas de desacoplar el sistema catalíticamente activo del mecanismo de protección.
Las enzimas atrapan el oxígeno
Con la ayuda de dos enzimas, construyeron un sistema de eliminación de oxígeno alrededor del electrodo productor de corriente. Primero, los investigadores recubrieron el electrodo con las hidrogenasas, que se incrustaron en una matriz de polímero para fijarlas en su lugar. Luego colocaron otromatriz de polímero en la parte superior de la hidrogenasa, que encierra completamente la capa de catalizador subyacente. Contiene dos enzimas que usan azúcar para convertir el oxígeno en agua.
El hidrógeno se oxida en la capa que contiene hidrogenasa en la parte inferior. El electrodo absorbe los electrones liberados en el proceso. La capa superior elimina el oxígeno nocivo.
pila de combustible funcional construida
En otros experimentos, el grupo combinó los bioanodos descritos anteriormente con biocatodos, que también se basan en la conversión de glucosa. De esta manera, el equipo produjo una célula de biocombustible funcional ". La glucosa de biomasa barata y abundante no es solo el combustiblepara el sistema de protección, pero también impulsa el biocátodo y, por lo tanto, genera un flujo de corriente en la célula ", resume Wolfgang Schuhmann, jefe del Centro de Ciencias Electroquímicas y miembro del grupo de excelencia Ruhr Explores Solvation. La célula tenía un circuito abiertovoltaje de 1.15 voltios: el valor más alto jamás alcanzado para una celda que contiene un bioanodo a base de polímero.
El mecanismo se puede transferir a otras enzimas
"Suponemos que el principio detrás de este mecanismo de escudo protector se puede transferir a cualquier catalizador sensible si se selecciona la enzima apropiada que puede catalizar la reacción de intercepción correspondiente", dice Wolfgang Schuhmann.
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Materiales proporcionado por Ruhr-Universidad Bochum . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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