Preparação de arquitetura multi-catalítica híbrida contendo enzima, catalisador orgânico e nanotubos de carbono modificados para a oxidação eletroquímica completa de etanol

Resumo

A biocélula a combustível fornece um meio para obter energia limpa e renovável e tem potencial para uso futuro como uma fonte de energia alternativa para dispositivos eletrônicos de baixa potência. As características das biocélulas a combustível enzimáticas são bastante promissoras, no entanto, ainda apresentam vários desafios. Assim, alguns ajustes nesses dispositivos são importantes objetos de pesquisa, tais como: (1) aumento da energia gerada, (2) aumento da condutividade eletrônica nos biofilmes. Uma maneira de melhorar a atividade eletrocatalítica do biossistema e também prolongar sua vida útil é a preparação de catalisadores híbridos que ocorre ao mistur enzimas com catalisadores de oxidação orgânica. No primeiro ano deste projeto de pós-doutorado apoiado pela FAPESP, primeiramente relatamos a preparação do sistema enzimático desidrogenase contendo enzimas ADH e Aldh imobilizadas na superfície de um suporte de carbono. O acetaldeído (transferência de 2 elétrons) e o acetato (transferência de 4 elétrons) foram os produtos gerados durante a bioxidação do etanol por HPLC. Outro artigo publicado este ano relata um sistema de eletrodo híbrido tri-catalítico contendo nanotubos de carbono (MWCNT-COOH), as duas enzimas desidrogenase (ADH e Aldh) e um catalisador orgânico (TEMPO-LPEI) para a oxidação completa do etanol. Melhoramos a coleta de elétrons preparando a bioeletro oxidação em um suporte de papel carbono, comprovando que o sistema híbrido tri-catalítico é capaz de oxidar o etanol em CO2 através da coleta de 12 elétrons do etanol. Recentemente, desenvolvemos uma biocélula a combustível em um sistema híbrido contendo nanotubos de carbono (MWCNT / COOH), o catalisador de oxidação orgânico TEMPO-LPEI e a enzima oxalato oxidase (OxOx) empregando etanol como substrato. Dados os desafios associados à clivagem da ligação intermediária C-C do acetato, o projeto de um BFC híbrido proposto corrobora para a oxidação completa do etanol em CO2. Agora, após a publicação desses artigos de alto impacto, além dos promissores resultados obtidos recentemente (paper em preparação), planejamos um ano com o projeto BEPE na Universidade de Utah sob a supervisão da Profa Dra. Shelley Minteer, renomada especialista em o campo das células de biocombustível. Este projeto BEPE visa adquirir o conhecimento na preparação do catalisador de oxidação orgânica, TEMPO-LPEI, aprender como isolar e purificar a enzima oxalato descarboxilase (OxDc) de Bacillus subtilis, que oferece vantagens em termos de custo e amplia as possibilidades para futura engenharia enzimática e e preparar um nanotubo modificador catalítico 3-D com derivados de pireno (Pyrene / MWCNT) para obtenção de um sistema híbrido diferenciado e sofisticado (Pyrene / MWCNT, TEMPO-LPEI), mais eficiente que sistemas híbridos previamente relatados, capazes de melhorar a densidade de potência da BFC e gerar uma rápida e completa oxidação de etanol para CO2, atingindo altas taxas de oxidação eletroquímica e produção de energia.