Исследователи разработали биогибридный материал на основе графена, который работает эффективнее металлических электрокатализаторов. Его можно использовать для производства водорода или в других областях.
В основе многих современных энергетических технологий лежат реакции выделения кислорода. Например, в процессе получении водорода путем электролиза воды. В настоящее время в качестве электрокатализаторов РВК используют редкие и дорогие металлы, но биогибридные материалы на основе графена могут стать недорогой, экологически чистой альтернативой.
Хотя графен и его оксид обладают высокой проводимостью и механической стойкостью, но чтобы они стали активными катализаторами, их необходимо покрыть другими элементами, такими как сера, железо, азот или медь. Обычно для этого используют химические методы в условиях высоких температур и с применением токсичных веществ. Однако команда из Научно-технологического университета имени короля Абдаллы смогла добиться этого с помощью микрообрагизмов.
Исследователи использовали патогенную бактерию Geobacter serreducens, которую смешивали с оксидом графена в анаэробных условиях. При этом клетки прилипали к поверхности двумерного материала и вырабатывали белки, богатые необходимыми элементами. В результате восстановленный оксид графена покрывался железом, медью и серой, превращаясь в высокоэффективный электрокатализатор реакции выделения кислорода.
Испытания показали, что полученный биогибридный материал превосходит дорогостоящие катализаторы РВК из металлов.
В дальнейшем команда планирует заняться разработкой других типов катализаторов для реакций выделения водорода и восстановления диоксида углерода. В данный момент ученые совершенствуют технологию производства и выводят продукт на коммерческий рынок.
Не только новые материалы, но и физические процессы повышают эффективность реакций. Недавно исследователи открыли технологию, которая позволяет обойти каталитические ограничения и ускорить химические реакции в 10 тыс. раз.
текст: Илья Бауэр, фото: KAUST, Adobe Stock