Elettrodo anfifilico basato su assemblaggio per celle a biocombustibile ibride ad alte prestazioni. Credito:Jinhan Cho
Gli elettrodi enzimatici sono utili in una vasta gamma di applicazioni, compresi i sistemi di biorilevamento e i dispositivi elettrochimici. Le celle a biocombustibile (BFC) sono candidati particolarmente promettenti per alimentare una varietà di dispositivi bioelettronici convertendo l'energia biochimica in elettricità in condizioni biologiche miti.
Nonostante le loro caratteristiche, la maggior parte delle celle a biocombustibile fornisce una bassa potenza in uscita e una stabilità operativa a breve termine a causa del loro scarso trasferimento di elettroni tra enzimi ed elettrodi e tra enzimi vicini. Questi problemi di trasferimento di elettroni sono strettamente correlati alle prestazioni di quasi tutti i sensori elettrochimici, inclusi i BFC e altra bioelettronica.
In Recensioni di Fisica Applicata , scienziati coreani e statunitensi affrontano queste carenze tramite un gruppo anfifilico progettato per preparare celle a biocombustibile ad alte prestazioni.
L'approccio, che può indurre interazioni interfacciali favorevoli tra elettrocatalizzatori e migliorare significativamente la cinetica di trasferimento degli elettroni degli elettrodi, ha generato celle a biocombustibile ibride con un'elevata potenza di uscita e una buona stabilità operativa.
"Il nostro nuovo design di elettrodi che utilizza un assemblaggio anfifilico, che rompe con la prospettiva comune dell'immobilizzazione enzimatica, può massimizzare il trasferimento di elettroni alle interfacce enzima/enzima ed enzima/elettrodo oltre a realizzare un'elevata stabilità operativa, inducendo la formazione di un perfetto e strato enzimatico nanomisto", ha affermato l'autore Cheong Hoon Kwon.
Il metodo ha indotto interazioni interfacciali favorevoli tra elettrocatalizzatori e una migliore cinetica di trasferimento degli elettroni degli elettrodi. Ha raggiunto un carico di massa senza precedenti di enzima idrofilo e nanoparticelle metalliche idrofobiche/conduttive e ha notevolmente aumentato l'efficienza di trasferimento degli elettroni e la densità di corrente.
Multistrati anfifilici assemblati composti da glucosio ossidasi in mezzi acquosi e nanoparticelle idrofobiche/conduttive in mezzi non polari sono stati depositati su fibra di cotone/tessuto per formare l'anodo, che ha notevolmente aumentato l'efficienza di trasferimento degli elettroni e la stabilità dell'immobilizzazione. Il catodo è stato formato spruzzando platino sulle fibrille di cotone rivestite di nanoparticelle d'oro per migliorare l'efficienza della reazione di riduzione dell'ossigeno.
I ricercatori ritengono che il metodo di assemblaggio possa fornire una base per la preparazione di una varietà di dispositivi elettrochimici ad alte prestazioni, comprese le celle a biocombustibile.
"I nostri risultati potrebbero essere di notevole interesse per vari ricercatori e ingegneri che lavorano nelle aree dell'autoassemblaggio, della conversione di energia e dei sensori elettrochimici, oltre ai BFC", ha affermato Jinhan Cho, coautore dell'articolo. + Esplora ulteriormente
