Las sales de yoduro estabilizan los biocatalizadores para las pilas de combustible
El oxígeno es el mayor enemigo de los biocatalizadores para la conversión de energía. Una película protectora los protege, pero sólo con un ingrediente adicional: la sal de yoduro.
Alaa Oughli, Darren Buesen, Nicolas Plumeré (desde la izquierda) quieren hacer más duraderos los biocatalizadores.
© RUB, Marquard
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 de la Universidad del Ruhr de Bochum (RUB) ha averiguado por qué: El peróxido de hidrógeno se forma en la película protectora. La adición de sales de yoduro al electrolito puede evitar que esto suceda y extender 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 de Dortmund y el Profesor Wolfgang Lubitz del Instituto Max Planck de Conversión de Energía Química de Mülheim informa de sus conclusiones en Nature Communications de 14 de febrero de 2020.
Desactivado en segundos
Los catalizadores biológicos y bioinspirados están disponibles en abundancia y su rendimiento catalítico es cercano al de los catalizadores de metales preciosos. Sin embargo, no se utilizan ampliamente para los procesos de conversión de energía. La razón de esto es su inestabilidad. "Algunos de los catalizadores de conversión de pequeñas moléculas más activos relevantes para los sistemas de energía sostenible son tan sensibles al oxígeno que se desactivan completamente en segundos cuando entran en contacto con él", explica Nicolas Plumeré.
Protección infinita - hasta ahora sólo en teoría
El grupo de investigación había descubierto recientemente que las películas redox-activas pueden proteger contra esto a los bioinspirados e incluso a los biocatalizadores como las hidrogenasas. Los modelos teóricos predicen que la protección contra el oxígeno debería durar indefinidamente. Sin embargo, en los experimentos, esta protección sólo ha sido efectiva hasta ahora durante unas pocas horas. "Esto contradice nuestros cálculos teóricos y no puede explicarse, incluso teniendo en cuenta la vida útil del mismo catalizador en un entorno sin oxígeno", dice Plumeré. Esta última es de hasta seis semanas con una rotación constante.
La combinación de métodos explora el problema
Esto llevó a los investigadores a concluir que o bien el mecanismo de protección contra el oxígeno no se comprende todavía, o bien que aparte de la desactivación por el oxígeno, tienen lugar otros procesos perjudiciales. Para investigar esto, combinaron varios métodos que les permitieron examinar en detalle lo que sucede en la capa protegida. La combinación de la microscopía de fluorescencia confocal y la dispersión coherente anti-Stokes Raman realizada en el laboratorio por Erik Freier, con la electroquímica para el análisis de la matriz protectora mostró: El proceso de protección conduce a una acumulación de peróxido de hidrógeno, que promueve el daño de la película catalítica.
Suprimir la formación de peróxido de hidrógeno
Demostramos que la descomposición del peróxido de hidrógeno con sales yodadas aumenta la vida media de una hidrogenasa para la oxidación de hidrógeno hasta una semana con una rotación constante, incluso con una exposición constante a altas concentraciones de oxígeno. "En general, nuestros datos confirman la teoría de que las películas redox hacen que los catalizadores sensibles al oxígeno sean completamente inmunes a la desactivación directa por el 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 simple estrategia de añadir 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 aplicación generalizada de otros procesos electrocatalíticos en aplicaciones reales. Esto también incluye procesos de conversión de energía como la generación de combustible solar mediante la reducción del dióxido de carbono y la electrosíntesis de productos químicos finos o básicos como el amoníaco.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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