Les microbes et les nanomatériaux peuvent être combinés pour créer un matériau biohybride qui peut avoir de larges applications environnementales. Crédit :KAUST
Mélanger des microbes avec des nanomatériaux de carbone pourrait aider à la transition vers les énergies renouvelables. Les recherches de KAUST montrent que les microbes et les nanomatériaux peuvent être utilisés ensemble pour former un matériau biohybride qui fonctionne bien comme électrocatalyseur. Le matériau pourrait être utilisé dans la production à énergie solaire de carburants sans carbone et plusieurs autres applications d'énergie verte.
Au cœur de nombreuses technologies d'énergie propre se trouve un processus appelé réaction d'évolution de l'oxygène (REO). Dans le cas de la production d'énergie solaire, par exemple, l'OER permet l'utilisation de l'électricité solaire pour séparer les molécules d'eau en oxygène et hydrogène, produire de l'hydrogène propre qui peut être utilisé comme carburant. Actuellement, des métaux rares et coûteux sont utilisés comme électrocatalyseurs REL. Mais les matériaux biohybrides à base de graphène pourraient constituer un produit peu coûteux, alternative écologique, Pascal Saikaly et son équipe l'ont montré.
Le graphène - une feuille de carbone qui n'est qu'une seule couche d'atomes d'épaisseur - et l'oxyde de graphène réduit étroitement lié sont très conducteurs, mécaniquement robuste et largement disponible. Cependant, ils ne deviennent des catalyseurs actifs qu'une fois dopés avec d'autres éléments, comme le soufre, fer à repasser, l'azote ou le cuivre.
« Habituellement, les catalyseurs OER à base de graphène sont développés par des méthodes chimiques, qui nécessitent des conditions de réaction rigoureuses, tels que les produits chimiques toxiques à haute température et copieux, " explique Shafeer Kalathil, L'ancien post-doctorant de Saikaly. Une alternative plus écologique consiste à utiliser des microbes pour décorer la surface de l'oxyde de graphène réduit. "Nous avons utilisé la bactérie électrique Geobacter sulfurreducens car elle est non pathogène, riche en protéines ferreuses et abondante dans la nature, " explique Kalathil.
Geobacter sulfurreducens est une bactérie électrique que l'équipe a utilisée pour décorer la surface de l'oxyde de graphène réduit. Crédit :KAUST
Lorsque l'équipe a mélangé la bactérie et l'oxyde de graphène dans des conditions sans oxygène, les cellules bactériennes adhèrent à la surface et produisent des protéines riches en fer pour interagir biochimiquement avec l'oxyde de graphène dans le cadre de leur métabolisme naturel. Par conséquent, l'oxyde de graphène réduit finit par être décoré de fer, cuivre et soufre; ainsi, devenir un électrocatalyseur OER hautement efficace.
"Les éléments apportés par la bactérie ont transformé le graphène catalytiquement inerte en un graphène hautement électrocatalytique, " dit Kalathil. " L'activité OER du matériau biohybride a surpassé les catalyseurs OER à base de métaux coûteux de référence, " ajoute-t-il. Le bonus est la méthode respectueuse de l'environnement que l'équipe a utilisée pour le fabriquer.
Saikaly et son équipe travaillent maintenant sur la production et la commercialisation à grande échelle de ce catalyseur biohybride et développent d'autres types de catalyseurs biohybrides pour d'autres réactions électrocatalytiques importantes, comme la réaction de dégagement d'hydrogène et la réduction du dioxyde de carbone.
