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。
