O oxigênio é o maior inimigo dos biocatalisadores para conversão de energia. Uma película protetora os protege - mas apenas com um ingrediente adicional:sal iodeto.

Ao contrário das previsões teóricas, oxigênio inativa biocatalisadores para conversão de energia em um curto espaço de tempo, mesmo sob uma película protetora. Uma equipe de pesquisa do Resolv Cluster of Excellence da Ruhr Universität Bochum (RUB) descobriu o motivo:O peróxido de hidrogênio se forma na película protetora. A adição de sais de iodeto ao eletrólito pode evitar que isso aconteça e estender consideravelmente a vida útil dos catalisadores. A equipe em torno do Professor Nicolas Plumeré da Resolv, O Dr. Erik Freier do Instituto Leibniz de Ciências Analíticas de Dortmund e o Professor Wolfgang Lubitz do Instituto Max Planck para Conversão de Energia Química em Mülheim relatam suas descobertas em Nature Communications .

Desativado em segundos

Catalisadores biológicos e bioinspirados estão disponíveis em abundância e seu desempenho catalítico é próximo ao dos catalisadores de metais preciosos. No entanto, eles não são amplamente usados ​​para processos de conversão de energia. A razão para isso é sua instabilidade. "Alguns dos catalisadores de conversão de pequenas moléculas mais ativos relevantes para sistemas de energia sustentável são tão sensíveis ao oxigênio que são completamente desativados em segundos quando entram em contato com ele, "explica Nicolas Plumeré.

O grupo de pesquisa descobriu recentemente que filmes redox-ativos podem proteger bioinspirados e até biocatalisadores, como hidrogenases, contra isso. Os modelos teóricos prevêem que a proteção contra o oxigênio deve durar indefinidamente. Em experimentos, Contudo, essa proteção até agora só foi eficaz por algumas horas. "Isso contradiz nossos cálculos teóricos e não pode ser explicado, mesmo tendo em vista a vida útil do mesmo catalisador em um ambiente livre de oxigênio, "diz Plumeré. Este último é de até seis semanas com rotatividade constante.

Combinação de métodos explora o problema

Isso levou os pesquisadores a concluir que ou o mecanismo de proteção contra o oxigênio ainda não foi compreendido, ou além da desativação por oxigênio, processos prejudiciais adicionais ocorrem. Para investigar isso, eles combinaram vários métodos que lhes permitiram examinar o que acontece na camada protegida em detalhes. A combinação de microscopia de fluorescência confocal e espalhamento Raman anti-Stokes coerente realizada em laboratório por Erik Freier, com a eletroquímica para a análise da matriz protetora mostrou:O processo protetor leva a um acúmulo de peróxido de hidrogênio, que promove danos ao filme catalítico.

Os pesquisadores mostram que a decomposição do peróxido de hidrogênio com sais de iodeto aumenta a meia-vida de uma hidrogenase para a oxidação do hidrogênio em até uma semana em turnover constante, mesmo com exposição constante a altas concentrações de oxigênio. "Geral, nossos dados confirmam a teoria de que os filmes redox tornam os catalisadores sensíveis ao oxigênio completamente imunes à desativação direta pelo oxigênio, "conclui Plumeré." No entanto, é muito importante também suprimir a produção de peróxido de hidrogênio para obter proteção completa contra o estresse oxidativo. "

"Nosso trabalho mostra que a estratégia simples de adicionar sais de iodeto ao eletrólito pode ser suficiente para reduzir significativamente as taxas de inativação de biocatalisadores, "dizem os pesquisadores. Eles acreditam que isso permitirá a implementação generalizada de outros processos eletrocatalíticos em aplicações reais. Isso também inclui processos de conversão de energia, como geração de combustível solar por redução de dióxido de carbono e a eletrossíntese de produtos químicos finos ou básicos, como amônia.