Los ingenieros de la Universidad de Lehigh son los primeros en utilizar un solo proceso de biomineralización enzimática para crear un catalizador que utiliza la energía de la luz solar capturada para dividir las moléculas de agua para producir hidrógeno. El proceso de síntesis se realiza a temperatura ambiente y bajo presión ambiente, superando eldesafíos de sostenibilidad y escalabilidad de los métodos informados anteriormente.
La división del agua impulsada por energía solar es una ruta prometedora hacia una economía basada en energías renovables. El hidrógeno generado podría servir como combustible de transporte y como materia prima química crítica para la producción de fertilizantes y productos químicos. Ambos sectores actualmente contribuyen con una gran fracción deemisiones totales de gases de efecto invernadero.
Uno de los desafíos para hacer realidad la promesa de la producción de energía impulsada por energía solar es que, si bien el agua requerida es un recurso abundante, los métodos explorados previamente utilizan rutas complejas que requieren solventes perjudiciales para el medio ambiente y grandes cantidades de energía para producir en generalescala. El gasto y el daño al medio ambiente han hecho que estos métodos sean inviables como una solución a largo plazo.
Ahora, un equipo de ingenieros de la Universidad de Lehigh ha aprovechado un enfoque de biomineralización para sintetizar partículas de sulfuro metálico de nanopartículas confinadas cuánticas y el material de óxido de grafeno reducido para crear un fotocatalizador que divide el agua para formar hidrógeno. El equipo informó sus resultados en un artículotitulado: "Síntesis enzimática de fotocatalizadores de óxido de grafeno de punto cuántico CdS / reducidos compatibles" que aparece en la portada de la edición del 7 de agosto de Química verde , una revista de la Royal Society of Chemistry.
Los autores del artículo incluyen: Steven McIntosh, profesor del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de Lehigh, junto con Leah C. Spangler, ex estudiante de doctorado y John D. Sakizadeh, actual estudiante de doctorado; así comoChristopher J. Kiely, profesor principal de Harold B. Chambers en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Lehigh y Joseph P. Cline, un estudiante de doctorado que trabaja con Kiely.
"Nuestro proceso a base de agua representa una ruta verde escalable para la producción de esta prometedora tecnología de fotocatalizador", dijo McIntosh, quien también es Director Asociado del Instituto de Materiales y Dispositivos Funcionales de Lehigh.
En los últimos años, el grupo de McIntosh ha desarrollado un enfoque enzimático único para la biomineralización: el proceso mediante el cual los organismos vivos producen minerales de nanocristales de sulfuro de metal de confinamiento cuántico de tamaño controlado. En una colaboración previa con Kiely, el laboratorio demostró con éxitola primera forma biológica controlada con precisión para fabricar puntos cuánticos. Su método de un solo paso comenzó con células bacterianas diseñadas en una solución simple y acuosa y terminó con nanopartículas semiconductoras funcionales, todo sin recurrir a altas temperaturas y productos químicos tóxicos.un artículo del New York Times: "Cómo una bacteria misteriosa casi le dio una mejor televisión"
"Otros grupos han experimentado con la biomineralización para la síntesis química de nanomateriales", dice Spangler, autor principal y actualmente investigador postdoctoral en la Universidad de Princeton. "El desafío ha sido lograr el control sobre las propiedades de los materiales, como el tamaño de las partículas y la cristalinidadpara que el material resultante se pueda usar en aplicaciones de energía "
McIntosh describe cómo Spangler pudo sintonizar el proceso de biomineralización establecido por el grupo para no solo sintetizar las nanopartículas de sulfuro de cadmio sino también para reducir el óxido de grafeno a la forma de óxido de grafeno reducido más conductivo.
"Ella fue capaz de unir los dos componentes para crear un fotocatalizador más eficiente que consiste en las nanopartículas soportadas en el óxido de grafeno reducido", dice McIntosh. "Por lo tanto, su trabajo duro y el descubrimiento resultante permitió que ambos componentes críticos para el fotocatalizadorser sintetizado de manera verde "
El trabajo del equipo demuestra la utilidad de la biomineralización para realizar una síntesis benigna de materiales funcionales para su uso en el sector energético.
"La industria puede considerar la implementación de tales rutas de síntesis novedosas a escala", agrega Kiely. "Otros científicos también pueden utilizar los conceptos en este trabajo para crear otros materiales de importancia tecnológica crítica"
McIntosh enfatiza el potencial de este prometedor método nuevo como "una ruta verde, hacia una fuente de energía verde, utilizando abundantes recursos"
"Es fundamental reconocer que cualquier solución práctica para la ecologización de nuestro sector energético deberá implementarse a gran escala para tener un impacto sustancial", agrega.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Lehigh . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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