Att blanda mikrober med nanomaterial av kol skulle kunna hjälpa övergången till förnybar energi. KAUST-forskning visar att mikrober och nanomaterial kan användas tillsammans för att bilda ett biohybridmaterial som fungerar bra som en elektrokatalysator. Materialet skulle kunna användas i solcellsdriven produktion av kolfria bränslen och flera andra gröna energitillämpningar.

Kärnan i många tekniker för ren energi är en process som kallas oxygen-evolution-reaktionen (OER). När det gäller produktion av solbränsle, till exempel, OER möjliggör användning av solel för att dela vattenmolekyler till syre och väte, producera rent väte som kan användas som bränsle. För närvarande, sällsynta och dyra metaller används som OER-elektrokatalysatorer. Men grafenbaserade biohybridmaterial kan göra en billig, miljövänligt alternativ, Pascal Saikaly och hans team har visat.

Grafen - ett ark av kol som bara är ett enda lager av atomer tjockt - och närbesläktad reducerad grafenoxid är mycket ledande, mekaniskt robust och allmänt tillgänglig. Dock, de blir aktiva katalysatorer först när de har dopats med andra grundämnen, såsom svavel, järn, kväve eller koppar.

"Vanligtvis utvecklas grafenbaserade OER-katalysatorer med kemiska metoder, som kräver rigorösa reaktionsförhållanden, som hög temperatur och rikliga giftiga kemikalier, " förklarar Shafeer Kalathil, Saikalys tidigare postdoc. Ett mer miljövänligt alternativ är att använda mikrober för att dekorera ytan på den reducerade grafenoxiden. "Vi använde den elektriska bakterien Geobacter sulfurreducens eftersom den är icke-patogen, rik på järnhaltiga proteiner och riklig i naturen, " förklarar Kalathil.

När teamet blandade bakterien och grafenoxiden under syrefria förhållanden, bakteriecellerna fäster vid ytan och producerar järnrika proteiner för att interagera biokemiskt med grafenoxiden som en del av deras naturliga metabolism. Som ett resultat, den reducerade grafenoxiden blir dekorerad med järn, koppar och svavel; vari, bli en mycket effektiv OER-elektrokatalysator.

"Elementen som bakterien bidrog med förvandlade den katalytiskt inerta grafenen till en mycket elektrokatalytisk, " säger Kalathil. "Biohybridmaterialets OER-aktivitet överträffade de dyra metallbaserade OER-katalysatorerna som benchmark, ", tillägger han. Bonusen är den miljövänliga metod laget använde för att göra det.

Saikaly och hans team arbetar nu med storskalig produktion och kommersialisering av denna biohybridkatalysator och utvecklar andra typer av biohybridkatalysatorer för andra viktiga elektrokatalytiska reaktioner, såsom väteutvecklingsreaktion och koldioxidreduktion.