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生物酶或代替铂催化剂

时间:2017-09-28 07:41:57来源:中国氢能源网

  据外国媒体报道:CNRS/Aix-Marseille大学的生物与生物工程学院实验室与CNRS /波尔多大学保罗帕斯卡尔中心的研究人员最近宣布,其开发的生物电池有着与铂催化剂燃料电池相同的效率。

在第一个原型生物燃料电池制成3年后,研究人员达到了新的里程碑,电池的性能和稳定性都得到了很大的提升。长远来看,这种生物电池可以成为需要稀有而昂贵的金属(如铂)的燃料电池的替代品。

他们的工作于2017817日发布在Energy & Environmental Science杂志上。

Electricity production : when enzymes rival platinum

近年来,生物催化剂特别是具有显着性能的酶在这一领域得到了发展,其氧化作用,特别是氢气的转化活性方面已经和铂相当。但是直到最近,氢化酶的活性仍被氧抑制,因此无法再电池中很好的被使用。

几年来,CNRS/Aix-Marseille大学的生物与生物工程学院的研究人员一直在研发新一代生物细胞。他们用细菌酶替代化学催化剂(铂):在阳极处,使用氢化酶将氢转化为许多微粒,在阴极则使用胆红素氧化酶。他们现在已经确定了一种在氧气存在下是有活性的氢化酶,对一些铂类抑制剂(如一氧化碳)有抗性。他们还与CNRS /波尔多大学保罗帕斯卡尔中心合作,探索了生物多样性,以鉴定能耐受25°C80°C温度的热稳定酶。

为了将这些生物过程从实验室转移到工业发展,必须克服两大障碍。在2014年,他们的第一个原型效率很低并且很不稳定,所以他们需要在扩大规模的同时,不得不保留酶的活性并保护它们免受任何抑制剂的侵害。第三个主要问题是如何降低成本,除其他外,他们必须尽量减少使用的酶的量。为了解决这些问题,需要进行基础和多学科研究,揭示限制生物电催化的因素。

研究人员逐步将两种热稳定酶纳入碳基结构,解决了这三个问题。具有适当的孔隙度的碳毡构成了酶的主体结构,这一结构防止当氧降低时产生的化学物质改变酶活性。因此,电池可以在没有性能损失的情况下工作几天。

利用这种受控的结构和酶的固有特性,研究人员首次控制了参与反应的酶的比例,结果表明,生物催化剂传递的电流与铂的目标结果非常相似。他们还开发了一个数字模型来确定细胞的最佳形状。

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