科学家发现在燃料电池中使用具有成本效益的生物催化剂的方法

由波鸿和米尔海姆研究人员开发的氧化还原水凝胶充当氢酶的保护罩。它可以防止敏感的生物催化剂被氧气损坏。

电化学科学中心和Max Planck研究所的科学家已经发现了一种在燃料电池中使用具有成本效益的生物催化剂的方法，前进使用氢气产生电力。

将来，使用氢以产生电力更经济和环保。Ruhr-UniversitätBoochum和Max Planck Conscks Constence Consiants在Mülheim的Max Planck化学能转换研究所的科学家发现了一种在燃料电池中使用具有成本效益的生物催化剂的方法。燃料电池通过将氢气和氧气转化为水而产生电力。以前，科学家和工程师使用贵金属基催化剂进行此过程。虽然这些是高效且稳定的，但它们也昂贵，只有少量可用。Bochum和Mülheim的研究人员现在已经发现了一种保护非常有效的酶，其具有燃料电池中能够迅速破坏未受保护的生物催化剂的燃料电池的条件。

许多细菌和藻类领先于技术领先。它们使用氢酶，即来自广泛可用的元素的酶或生物催化剂，如铁和镍，产生氢气，完全避免使用铂等贵金属。氢酶不仅充当氢气的催化剂，而且还在其摄取以产生电子，然后可以通过燃料电池产生电力，以产生电力，水是唯一的废物。最有效的氢酶达到与铂相同的转化率。因此，“氢酶可能是贵金属的有趣替代品”，“沃尔夫冈·施曼说，在鲁尔 - 大学的波鸿举行分析化学主席。

然而，到目前为止，技术无法在燃料电池中使用这些酶。这是因为氢酶不能在燃料电池中普遍的条件下工作，其中氧气水平和高电位停用生物催化剂。

氧化还原水凝胶：用于高效且敏感催化剂的保护罩

来自Bochum和Mülheim的团队现在已经开发出一种概念，允许敏感催化剂在燃料电池中起作用。基本上，研究人员用保护基质屏蔽催化剂，其性质使它们的性质以这种方式定制，使得材料抑制失活过程。

它们不能直接将氢酶直接与电极接触，而是将敏感催化剂掺入氧化还原水凝胶中。这两者都是氧化还原缓冲液和氧气清除剂，并且意味着既不是高潜力也不是氧气对水凝胶膜中的生物催化剂产生影响。在某些操作条件下，用水凝胶改性的燃料电池可以在几周内将化学能转换为电能。没有水凝胶，氢化酶迅速破坏。

“水凝胶概念开辟了在MülheimAndAlruhr的Max Planck化学能转化研究所的主任WolfgangLubitz说，其内在稳定性在燃料电池中使用其他敏感的生物和人工催化剂的可能性。“这代表了对社会中有明显改善的生物燃料细胞设计和可持续能源行业的重要一步。”

该项目是德国研究基金会（DFG）在卓越议题议题框架内（EXC 1069）的框架内的支持。

出版物：Nicolas Plumere等，“氧化还原水凝胶保护氢酶免受高潜力的失活和氧气损伤，”自然化学（2014）; DOI：10.1038 / nchem.2022

图像：Ruhr-UniversitätBoochum/ MPI用于Mülheim的化学能源转换