Ερευνητική ομάδα με επικεφαλής το Argonne National Laboratory του αμερικανικού υπουργείου Ενέργειας ανέπτυξε ένα νέο υλικό που συνδυάζει ανόργανα και βιολογικά συστατικά για την αποδοτικότερη παραγωγή υπεροξειδίου του υδρογόνου.
Το υπεροξείδιο του υδρογόνου χρησιμοποιείται ευρέως για απολύμανση, λεύκανση και λεύκανση προϊόντων, όμως η βιομηχανική παραγωγή του απαιτεί σημαντική ενέργεια και σύνθετες διαδικασίες. Η νέα προσέγγιση αξιοποιεί το ηλιακό φως, το οξυγόνο της ατμόσφαιρας και το νερό.
Ένα υλικό πάχους μόλις 200 νανομέτρων
Το νέο σύστημα αποτελείται από διαδοχικά νανοφύλλα συνολικού πάχους περίπου 200 νανομέτρων, δηλαδή περίπου 500 φορές λεπτότερα από μια ανθρώπινη τρίχα.
Στη δομή συνδυάζεται το ημιαγώγιμο υλικό οξυχλωριούχο βισμούθιο με τμήματα μιας μωβ μεμβράνης που προέρχεται από αρχαία, μικροοργανισμούς οι οποίοι μπορούν να επιβιώνουν σε περιβάλλοντα με πολύ υψηλή περιεκτικότητα σε αλάτι.
Η βιολογική μεμβράνη λειτουργεί σαν ένα είδος ηλιακού συλλέκτη. Όταν φωτίζεται, απορροφά ενέργεια και προκαλεί τη μετακίνηση πρωτονίων και ηλεκτρονίων στη διεπιφάνεια με τον ημιαγωγό.
Πενταπλάσια παραγωγή υπεροξειδίου
Η διαδικασία επιτρέπει στον ημιαγωγό να μετατρέπει το οξυγόνο του αέρα και το νερό σε υπεροξείδιο του υδρογόνου. Το υβριδικό υλικό παρήγαγε περισσότερη από πενταπλάσια ποσότητα υπεροξειδίου σε σύγκριση με τον ημιαγωγό όταν χρησιμοποιείται μόνος του.
Η αντίδραση πραγματοποιείται σε συνθήκες περιβάλλοντος και βασίζεται σε σχετικά άφθονα και χαμηλού κόστους υλικά.
Οι ερευνητές τονίζουν ότι το κρίσιμο στοιχείο δεν είναι απλώς ο συνδυασμός ενός βιολογικού και ενός ανόργανου υλικού, αλλά ο ακριβής σχεδιασμός της διεπιφάνειάς τους. Εκεί καθορίζεται ο τρόπος με τον οποίο μεταφέρονται τα φορτία και κατευθύνεται η χημική αντίδραση.
Παράλληλη αξιοποίηση βιομηχανικού χημικού
Το σύστημα μπορεί να προσφέρει και ένα δεύτερο όφελος. Παράλληλα με την παραγωγή υπεροξειδίου του υδρογόνου, μετατρέπει αιθυλενογλυκόλη, ένα φθηνό βιομηχανικό χημικό, σε πιο χρήσιμες ενώσεις, μεταξύ των οποίων γλυκολαλδεΰδη, γλυοξάλη και μυρμηκικό οξύ.
Η τεχνολογία βασίζεται στη λεγόμενη nanoarchitectonics, μια προσέγγιση κατά την οποία νανοσκοπικά δομικά στοιχεία οργανώνονται σε λειτουργικές αρχιτεκτονικές.
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι παρόμοια νανοβιοϋβριδικά συστήματα θα μπορούσαν στο μέλλον να αξιοποιηθούν και για άλλες χημικές διεργασίες, όπως η παραγωγή συστατικών για καύσιμα και λιπάσματα.