清洁催化的细菌途径
使用电活性细菌 Geobacter sulfurreducens生产金属纳米团簇的生物方法 可以为用于水分解等各种应用的高性能催化剂合成提供廉价且可持续的解决方案。
金属纳米团簇包含少于一百个原子，比纳米粒子小得多。它们具有独特的电子特性，但在其表面还具有许多可用于催化的活性位点。有几种制造金属纳米团簇的合成方法，但大多数需要涉及有毒物质和苛刻的温度和压力条件的多个步骤。
生物方法有望为传统化学合成提供生态友好的替代品。然而，迄今为止，它们只产生了各种尺寸的大纳米粒子。“我们找到了一种控制纳米团簇大小的方法，”博士 Rodrigo Jimenez-Sandoval 说。KAUST Pascal Saikaly 小组的候选人。
Saikaly 的团队之前已经证明电活性细菌细胞的表面可以作为单个金属原子的支撑，因此探索了生物混合材料的创造。这些由固定在G. sulfurreducens 细胞细菌表面的钯纳米团簇组成 。这种细菌很容易在土壤中发现，可以将电子转移到细胞外的金属，并且在微生物电化学系统的电极上生长时也可以导电。在这个项目中，它充当了纳米团簇的还原剂和导电支架。
Jimenez-Sandoval 说，根据纳米粒子化学合成，研究人员决定在他们的装置中控制金属前体浓度，他们的尝试得到了回报。“为了提出这个想法，我们必须将 G. sulfurreducens 视为化学实体而不是生物实体。”
他们发现，逐步添加金属前体是微调纳米团簇尺寸和分布以及最终催化性能的关键。
作为概念验证，研究人员评估了锚定在细菌表面的合成纳米团簇在整个水分解反应中的催化性能，该反应涉及将水电化学分解为气态氢气和氧气。纳米团簇的性能优于用于碱性溶液中析氢和析氧反应的基准铂基和铱基催化剂。
“这些结果在现实生活中的应用中具有非常重要的意义，因为用生物方法合成的催化剂不仅更便宜、更简单，而且更环保，”Jimenez-Sandoval 说。
该团队现在正致力于生产一种生物混合催化剂，这种催化剂不依赖于贵金属，而是一种更丰富、更便宜的材料，以增强其战略的可持续性。
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