Uma equipe internacional de pesquisadores desenvolveu um novo mecanismo para proteger enzimas do oxigênio como biocatalisadores em células de combustível. As enzimas, conhecido como hidrogenases, são tão eficientes quanto os catalisadores de metais preciosos, mas instáveis ​​quando entram em contato com o oxigênio. Portanto, eles ainda não são adequados para aplicações tecnológicas. O novo mecanismo de proteção é baseado em enzimas consumidoras de oxigênio que retiram sua energia do açúcar. Os pesquisadores mostraram que foram capazes de usar esse mecanismo de proteção para produzir uma célula de biocombustível funcional que funciona com hidrogênio e glicose como combustível.

A equipe liderada pelo Dr. Adrian Ruff e Professor Wolfgang Schuhmann do Centro de Ciências Eletroquímicas da Ruhr-Universität Bochum descreve os resultados na revista Nature Communications de 10 de setembro de 2018 em conjunto com colegas do Instituto Max Planck para a Conversão de Energia Química de Mülheim an der Ruhr e da Universidade de Lisboa.

A equipe do Centro de Ciências Eletroquímicas de Bochum já havia demonstrado em estudos anteriores que as hidrogenases podem ser protegidas do oxigênio incorporando-as em um polímero. "Contudo, este mecanismo consumia elétrons, que reduziu o desempenho da célula de combustível, "diz Adrian Ruff." Além disso, parte do catalisador foi usada para proteger a enzima. ”Os cientistas, portanto, procuraram maneiras de desacoplar o sistema cataliticamente ativo do mecanismo de proteção.

As enzimas prendem o oxigênio

Com a ajuda de duas enzimas, eles construíram um sistema de remoção de oxigênio em torno do eletrodo produtor de corrente. Primeiro, os pesquisadores revestiram o eletrodo com as hidrogenases, que foram incorporados em uma matriz de polímero para fixá-los no lugar. Eles então colocaram outra matriz de polímero em cima da hidrogenase, que envolveu completamente a camada de catalisador subjacente. Ele continha duas enzimas que usam açúcar para converter oxigênio em água.

O hidrogênio é oxidado na camada que contém a hidrogenase na parte inferior. O eletrodo absorve os elétrons liberados no processo. A camada superior remove o oxigênio prejudicial.

Célula de combustível funcional construída

Em outros experimentos, o grupo combinou os bioanodos descritos acima com biocátodos, que também se baseiam na conversão de glicose. Desta maneira, a equipe produziu uma célula de biocombustível funcional. "A glicose de biomassa barata e abundante não é apenas o combustível para o sistema de proteção, mas também direciona o biocátodo e, portanto, gera um fluxo de corrente na célula, "resume Wolfgang Schuhmann, chefe do Centro de Ciências Eletroquímicas e membro do cluster de excelência Ruhr Explores Solvation. A célula tinha uma tensão de circuito aberto de 1,15 volts - o valor mais alto já alcançado para uma célula contendo um bioanodo à base de polímero.

"Assumimos que o princípio por trás deste mecanismo de escudo protetor pode ser transferido para qualquer catalisador sensível se a enzima apropriada for selecionada que pode catalisar a reação de interceptação correspondente, "diz Wolfgang Schuhmann.