石墨烯生物混合材料,可以成为廉价、环保的电催化剂!
资讯类型:行业新闻 加入时间:2020年2月14日13:26
 
将微生物与碳纳米材料混合可以帮助向可再生能源过渡。KAUST的研究表明,微生物和纳米材料可以一起使用,形成一种性能良好的生物混合材料,作为电催化剂。这种材料可以用于太阳能生产无碳燃料和其他几种绿色能源。许多清洁能源技术的核心是一个称为氧进化反应(OER)过程。例如,在太阳能燃料生产的情况下,OER使利用太阳能电力将水分子分解成氧和氢,产生可作为燃料使用的清洁氢。

目前,稀有和昂贵的金属被用作OER电催化剂,但是Pascal Saikaly和团队已经证明,基于石墨烯的生物混合材料可以成为一种廉价、环保的替代品。石墨烯是一种只有一层原子厚度的碳薄片,与之密切相关的还原氧化石墨烯导电性能高,机械强度高,可广泛使用。然而,它们只有在与硫、铁、氮或铜等其他元素掺杂后才会成为活性催化剂。

通常基于石墨烯的OER催化剂是通过化学方法开发,这需要严格的反应条件,如高温和大量有毒化学物质。一种更环保的替代方法是使用微生物来修饰还原氧化石墨烯表面。研究使用了硫还原土杆菌,因为它不具有致病性,富含铁蛋白,并且在自然界中含量丰富。

当团队在无氧条件下将细菌和氧化石墨烯混合时,细菌细胞粘附在表面并产生富含铁的蛋白质,与氧化石墨烯进行生物化学反应,作为其自然代谢的一部分。结果,还原后的氧化石墨烯最终被铁、铜和硫装饰,因此,成为一种高效的OER电催化剂。细菌所提供的元素将催化惰性石墨烯转化为高度电催化石墨烯,生物混合材料的OER活性优于基准的昂贵金属型OER催化剂。

研究团队采用的是环保的方法,Saikaly和团队现在正致力于这种生物混合催化剂的大规模生产和商业化,并为其他重要的电催化反应开发其他类型的生物混合催化剂,如氢进化反应和二氧化碳还原反应。杂原子掺杂/修饰石墨烯或还原氧化石墨烯(rGO)为电催化剂发展提供了一条很有前景的途径,它将在许多技术中发挥作用,包括水裂解技术。然而,目前的掺杂方法很复杂,不环保,也不划算,新研究掺杂/修饰rGO的氧演化反应(OER)合成,使用一种简单的方法,成本效益高,可持续,易于规模化。

OER催化剂是由一种外电子转移细菌硫还原杆菌还原氧化石墨烯而得到。各种分析工具表明,过量的活性元素,如Fe, Cu, N, P和S装饰rGO薄片。混合催化剂(即, Geobacter/rGO)与Tafel斜率为43 mV de - 1的可逆氢电极相比,在过电位为270 mV的情况下,其几何电流密度为10 mA cm-2,并且具有很高的耐久性,这可以通过10小时的稳定性测试得到证明。电化学分析表明铁的重要性及其作为OER活性位点的可能作用。

博科园|研究/来自:阿卜杜拉国王科技大学

参考期刊《材料化学》
文章来自:中国催化剂网
文章作者:webmaster
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