在波鴻和米爾海姆的研究人員的發(fā)展下，氧化還原水凝膠可作為氫化酶的防護(hù)盾，防止敏感生物催化劑受到氧氣的損害。
在電化學(xué)科學(xué)中心與馬克斯普朗克研究所的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在燃料電池中使用經(jīng)濟(jì)高效的生物催化劑方法，對(duì)于利用氫發(fā)電向前邁進(jìn)了一步。
在將來(lái)，用氫氣發(fā)電可能會(huì)更加經(jīng)濟(jì)環(huán)保。在波鴻魯爾大學(xué)的電化學(xué)科學(xué)中心（CES）和馬普學(xué)會(huì)米爾海姆化學(xué)能轉(zhuǎn)換研究所發(fā)現(xiàn)了一種使用于燃料電池中經(jīng)濟(jì)高效的生物催化劑方法。燃料電池發(fā)電通過(guò)轉(zhuǎn)換氫氣和氧氣變成水。開(kāi)始，科學(xué)家和工程師在這個(gè)過(guò)程中使用貴重金屬來(lái)催化。雖然這種方法效率高而且穩(wěn)定，但因昂貴所以只能小規(guī)模可用。這組在波鴻和米爾海姆的研究員現(xiàn)在找到了一種用聚合物保護(hù)高效酶的方法，這樣不會(huì)像無(wú)保護(hù)的生物催化劑被燃料電池的工作條件快速損壞。
很多細(xì)菌和藻類(lèi)領(lǐng)先于科技，他們用氫化酶，例如酶或像鐵，鎳等廣泛可用的元素的生物催化劑，去生成氫氣，完全避免使用例如鉑的貴重金屬。氫化酶作為催化劑不只生成氫氣，但也從它的吸收中提供電子，這在之后可以被燃料電池用來(lái)發(fā)電，水是唯一的廢物。最高效的氫化酶能達(dá)到和鉑一樣的轉(zhuǎn)換效率。“氫化酶可能因此作為貴重金屬的有趣替代品，”波鴻魯爾大學(xué)分析化學(xué)的主席Wolfgang Schuhmann說(shuō)。
然而，直到現(xiàn)在，科技不能使這些酶用于燃料電池，因?yàn)闅浠覆荒茉谌剂想姵氐墓ぷ鳁l件下使用，因?yàn)檠鯕馑胶透唠妱?shì)讓生物催化劑失效。
氧化還原水凝膠：高效而敏感催化劑的保護(hù)盾
波鴻和米爾海姆的研究團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在發(fā)展出一個(gè)允許敏感催化劑在燃料電池中工作的概念。主要是，研究員用防護(hù)母體保護(hù)催化劑，他們所特制的性能允許材料抑制失效環(huán)節(jié)。
不是直接使氫化酶與電極接觸，他們把敏感催化劑并入了氧化還原水凝膠。這既作為氧化還原緩沖劑又是氧氣清除劑，并意味著高電勢(shì)和氧氣對(duì)水凝膠膜下面的生物催化劑都無(wú)作用了。在特定操作條件下，用水凝膠改造過(guò)的燃料電池可以把化學(xué)能從氫氣轉(zhuǎn)換成電能達(dá)多個(gè)星期。沒(méi)有水凝膠的話，氫化酶瞬間就被損壞了。
“水凝膠的概念打開(kāi)了在燃料電池中使用敏感生物和人工催化劑的可能性，它本身的穩(wěn)定性已經(jīng)不能被提高了，”Wolfgang Lubitz，馬普學(xué)會(huì)米爾海姆化學(xué)能轉(zhuǎn)換研究所主任說(shuō)，“這代表生物燃料電池設(shè)計(jì)和社會(huì)上可持續(xù)發(fā)展能源產(chǎn)業(yè)向前邁進(jìn)的一大步。”
本項(xiàng)目在Cluster of Excellence RESOLV（EXC 1069）的框架下被德國(guó)研究基金會(huì)（DFG）所支持。
