La miscelazione di microbi con nanomateriali di carbonio potrebbe aiutare la transizione verso l'energia rinnovabile. La ricerca KAUST mostra che microbi e nanomateriali possono essere usati insieme per formare un materiale bioibrido che si comporta bene come elettrocatalizzatore. Il materiale potrebbe essere utilizzato nella produzione a energia solare di combustibili privi di carbonio e in diverse altre applicazioni di energia verde.

Al centro di molte tecnologie per l'energia pulita c'è un processo chiamato reazione di evoluzione dell'ossigeno (OER). Nel caso della produzione di combustibile solare, Per esempio, l'OER consente l'uso dell'elettricità solare per scindere le molecole d'acqua in ossigeno e idrogeno, produrre idrogeno pulito che può essere utilizzato come combustibile. Attualmente, metalli rari e costosi sono usati come elettrocatalizzatori OER. Ma i materiali bioibridi a base di grafene potrebbero costituire un prodotto economico, alternativa ecologica, Pascal Saikaly e il suo team lo hanno dimostrato.

Il grafene, un foglio di carbonio che è spesso solo un singolo strato di atomi, e l'ossido di grafene ridotto strettamente correlato sono altamente conduttivi, meccanicamente robusto e ampiamente disponibile. Però, diventano catalizzatori attivi solo dopo essere stati drogati con altri elementi, come lo zolfo, ferro da stiro, azoto o rame.

"Di solito i catalizzatori OER a base di grafene sono sviluppati con metodi chimici, che richiedono condizioni di reazione rigorose, come alte temperature e abbondanti sostanze chimiche tossiche, " spiega Shafeer Kalathil, L'ex postdottorato di Saikaly. Un'alternativa più rispettosa dell'ambiente consiste nell'utilizzare i microbi per decorare la superficie dell'ossido di grafene ridotto. "Abbiamo usato il batterio elettrico Geobacter sulfurreducens perché non è patogeno, ricco di proteine ​​contenenti ferro e abbondante in natura, " spiega Kalathil.

Quando il team ha miscelato il batterio e l'ossido di grafene in condizioni prive di ossigeno, le cellule batteriche aderiscono alla superficie e producono proteine ​​ricche di ferro per interagire biochimicamente con l'ossido di grafene come parte del loro metabolismo naturale. Di conseguenza, l'ossido di grafene ridotto finisce per essere decorato con ferro, rame e zolfo; in tal modo, diventando un elettrocatalizzatore OER altamente efficiente.

"Gli elementi forniti dal batterio hanno trasformato il grafene cataliticamente inerte in uno altamente elettrocatalitico, " afferma Kalathil. "L'attività OER del materiale bioibrido ha superato i costosi catalizzatori OER a base di metallo di riferimento, " aggiunge. Il bonus è il metodo ecologico che il team ha usato per realizzarlo.

Saikaly e il suo team stanno ora lavorando alla produzione e commercializzazione su larga scala di questo catalizzatore bioibrido e allo sviluppo di altri tipi di catalizzatore bioibrido per altre importanti reazioni elettrocatalitiche, come la reazione di evoluzione dell'idrogeno e la riduzione dell'anidride carbonica.