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微生物和石墨烯的组合可以制造廉价且环保的能源

导读对可再生能源的追求使一些科学家从微观角度思考。最近的一项研究表明,如何将微生物和碳纳米材料混合使用,以帮助创建可在多种绿色能源应用

对可再生能源的追求使一些科学家从微观角度思考。最近的一项研究表明,如何将微生物和碳纳米材料混合使用,以帮助创建可在多种绿色能源应用中使用的生物混合材料。

在Pascal Sailaly的带领下,阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的一个研究小组通过将微生物与石墨烯混合,创造出了一种生物混合材料,可以很好地用作电催化剂。该材料有望在太阳能生产中使用无碳燃料和其他环保能源解决方案。

许多清洁能源技术围绕着称为氧气释放反应(OER)的过程进行。例如,OER能够利用太阳能将水分子分解为氧气和氢气,从而将其用作清洁燃料。

当前的技术要求使用稀有和昂贵的金属作为OER电催化剂。然而,该团队证明了石墨烯生物混合材料可以作为这些稀有金属的廉价且环保的替代品。

用石墨烯制造电催化剂

石墨烯由厚度仅为原子的单层碳制成,并且具有密切相关的氧化石墨烯,具有高导电性,机械强度高且可广泛使用。然而,将石墨烯和氧化石墨烯都变成活性电催化剂需要用其他元素例如硫,铁​​,氮或铜掺杂材料。

“通常,石墨烯基OER催化剂是通过化学方法开发的,这需要严格的反应条件,例如高温和多种有毒化学物质,” KAUST Saikaly的前博士后研究员Shafeer Kalatil说。

然而,赛卡莉和他的团队并未在研究中使用这种危险的方法,而是使用了减少细菌的土壤杆菌。根据研究小组的说法,他们决定使用这种特定的微生物,不仅因为它的性质丰富,而且因为它富含铁蛋白,而且更重要的是,已知不会引起任何疾病。

为了创建电催化剂,Saikaly和他的团队在无氧条件下混合了细菌和氧化石墨烯。在那里,细菌细胞粘附在氧化石墨烯的表面并产生富铁蛋白,然后铁蛋白与之发生反应,作为其自然代谢的一部分。结果,氧化石墨烯片最终被铁,铜和硫等元素“修饰”,使其成为高效的OER电催化剂。

“由细菌贡献的元素将催化惰性的石墨烯转化为高度电催化的石墨烯,”卡拉泰尔说。

由生物产生的OER电催化剂还具有另一个优势:在针对传统的基于meta的OER材料进行基准测试时,生物杂化材料实际上要优于前者。

使“清洁能源”真正清洁和负担得起

氢是地球上最清洁,最实用的燃料。除了是太阳系中最丰富的元素外,燃烧氢或将其转化为燃料电池中的电能,只会导致产生水。在车辆方面,氢发动机具有传统内燃机(ICE)和电池的优势,将前者的快速加油与后者的排放不足相结合。(相关:运输公司将超大型氢动力无人机投放为空中救护车或空中出租车。)

尽管有这些优点,但是,仍然有许多障碍阻止氢被广泛使用。

由于自然界中很少以纯净形式发现氢,因此,除了对环境造成的影响外,制造用于氢生产的金属基OER电催化剂的相对较高成本也是这些障碍之一。

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