电活性细菌产生具有卓越水分解性能的纳米金属催化剂

使用电活性细菌Geobacter硫还原剂生产金属纳米簇的生物方法可以为各种应用(如水分解)的高性能催化剂合成提供廉价且可持续的解决方案。

金属纳米团簇含有不到一百个原子，比纳米颗粒小得多。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。有几种合成方法可以制造金属纳米簇，但大多数都需要涉及有毒物质和恶劣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环保的替代品。然而，迄今为止，它们只导致了各种尺寸的大型纳米颗粒。“我们找到了一种控制纳米团簇大小的方法，”KAUST的Pascal Saikaly小组的博士候选人Rodrigo Jimenez-Sandoval说。

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持，Saikaly的团队探索了生物混合材料的创造。这些由锚定在G. sulreducens细胞细菌表面的钯纳米簇组成。这种细菌很容易在土壤中发现，可以将电子转移到细胞外存在的金属上，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，它充当了纳米簇的还原剂和导电支架。

从纳米颗粒化学合成中汲取经验，研究人员决定控制其设置中的金属前体浓度，他们的尝试得到了回报，Jimenez-Sandoval说。“为了提出这个想法，我们必须将G. sulreducens视为一种化学实体，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成气态氢和氧。纳米团簇的性能优于用于碱性溶液中析氢和氧析出反应的基准铂基和铱基催化剂。

“这些结果在现实生活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。

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