Contrariamente a las predicciones teóricas, el oxígeno inactiva los biocatalizadores para la conversión de energía en poco tiempo, incluso bajo una película protectora. Un equipo de investigación del Grupo de Excelencia Resolv en la Ruhr Universität Bochum RUB descubrió por qué: el peróxido de hidrógeno se forma en elpelícula protectora. La adición de sales de yoduro al electrolito puede evitar que esto suceda y prolongar considerablemente la vida de los catalizadores. El equipo en torno al profesor Nicolas Plumeré de Resolv, el Dr. Erik Freier del Instituto Leibniz de Ciencias Analíticas Dortmund y el profesor Wolfgang Lubitzdel Instituto Max Planck para la Conversión de Energía Química en Mülheim informa sus hallazgos en Comunicaciones de la naturaleza del 14 de febrero de 2020.
Desactivado en segundos
Los catalizadores biológicos y bioinspirados están disponibles en abundancia y su rendimiento catalítico es similar al de los catalizadores de metales preciosos. Sin embargo, no son ampliamente utilizados para los procesos de conversión de energía. La razón de esto es su inestabilidad ". Algunos de los másLos catalizadores activos de conversión de moléculas pequeñas relevantes para los sistemas de energía sostenible son tan sensibles al oxígeno que se desactivan por completo en segundos cuando entran en contacto con él ", explica Nicolas Plumeré.
Protección infinita, hasta ahora solo en teoría
El grupo de investigación descubrió recientemente que las películas activas redox pueden proteger contra biocatalizadores e incluso biocatalizadores como las hidrogenasas contra esto. Los modelos teóricos predicen que la protección contra el oxígeno debería durar indefinidamente. Sin embargo, en experimentos, esta protección hasta ahora solo ha sidoefectivo por unas pocas horas. "Esto contradice nuestros cálculos teóricos y no se puede explicar, incluso en vista de la vida útil del mismo catalizador en un ambiente libre de oxígeno", dice Plumeré. Este último es de hasta seis semanas con una rotación constante.
La combinación de métodos explora el problema
Esto llevó a los investigadores a concluir que el mecanismo para la protección contra el oxígeno aún no se comprende o que, aparte de la desactivación por oxígeno, tienen lugar procesos dañinos adicionales. Para investigar esto, combinaron varios métodos que les permitieron examinar lo que sucedeen la capa protegida en detalle. La combinación de microscopía de fluorescencia confocal y dispersión coherente anti-Stokes Raman realizada en el laboratorio por Erik Freier, con electroquímica para el análisis de la matriz protectora mostró: El proceso protector conduce a una acumulación de peróxido de hidrógeno,que promueve el daño a la película catalítica.
Supresión de la formación de peróxido de hidrógeno
Mostramos que la descomposición del peróxido de hidrógeno con sales de yoduro aumenta la vida media de una hidrogenasa para la oxidación de hidrógeno hasta una semana a una rotación constante, incluso con exposición constante a altas concentraciones de oxígeno ". En general, nuestros datos confirman la teoría"las películas redox hacen que los catalizadores sensibles al oxígeno sean completamente inmunes a la desactivación directa por oxígeno", concluye Plumeré. "Sin embargo, es muy importante suprimir también la producción de peróxido de hidrógeno para lograr una protección completa contra el estrés oxidativo".
"Nuestro trabajo muestra que la estrategia simple de agregar sales de yoduro al electrolito puede ser suficiente para reducir significativamente las tasas de inactivación de los biocatalizadores", dicen los investigadores. Creen que esto permitirá la implementación generalizada de otros procesos electrocatalíticos en aplicaciones realesEsto también incluye procesos de conversión de energía, como la generación de combustible solar por reducción de dióxido de carbono y la electrosíntesis de productos químicos finos o básicos como el amoníaco.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Ruhr-Universidad Bochum . Original escrito por Meike Drießen. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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