Síntesis de materiales nanoestructurados con agentes biológicos.
Aug 03, 2021
La última tendencia en el procesamiento de materiales de baterías es utilizar procesos de biomineralización para construir compuestos de nanoarquitectura controlados en condiciones ambientales [Ryu, J. et al.
(2010)]. La química biomimética implica la utilización de entidades biomoleculares reales, como proteínas, bacterias y virus, para actuar como medio de crecimiento o como reactor a nanoescala espacialmente limitado para la generación de nanopartículas. Los biosistemas tienen capacidades inherentes de reconocimiento molecular y autoensamblaje y, por lo tanto, son una plantilla atractiva para construir y organizar la nanoestructura. Ryu y cols. fosfato de metal de transición nanoestructurado sintetizado mediante mineralización biomimética de nanofibras peptídicas (figura 11).
Los péptidos se autoensamblaron en nanofibras que muestran numerosos restos ácidos y polares en su superficie y se mineralizan fácilmente con fosfato de metales de transición mediante tratamiento secuencial con soluciones acuosas que contienen cationes de metales de transición y aniones de fosfato.
Se trataron térmicamente nanofibras peptídicas mineralizadas con FePO4 a 350º C para fabricar nanotubos de FePO4 con paredes internas recubiertas con una fina capa de carbono conductor mediante la carbonización del núcleo peptídico. Los nanotubos de FePO4 recubiertos de carbono formados mostraron una alta capacidad reversible (150 mAh·g-1 a C/17) y una buena retención de capacidad durante el ciclo.
Esquema de la síntesis de nanotubos de FePO4 mediante tratamiento térmico de nanofibras híbridas de péptido/FePO4; y b) micrografía de transmisión de estructuras tubulares. [Reproducido de Ryu et al. (2010)].
La bacteria Bacillus pasturii se ha utilizado ampliamente para provocar la precipitación de calcita y puede generar un medio básico a partir de la hidrólisis de urea que ayuda al crecimiento de nanofilamentos de LiFePO4 a 65º C. También se ha informado que la levadura de cerveza es una plantilla biomimética que se ha utilizado para preparar LiFePO4 con propiedades mejoradas. área superficial y conductividad [Li, P. et al. (2009)].
También se ha informado que los virus diseñados sirven como plantillas para sintetizar diversos materiales de electrodos [Mao, Y. et al. (2007)], como nanocables de óxido de oro-cobalto que consistían en nanocristales de 2-3 nm de diámetro preparados con el virus bacteriano M13 modificado, con retención de capacidad mejorada [Tam, KT et al. (2006)]. El virus del mosaico del tabaco también se ha utilizado como plantilla para la síntesis de superficies de níquel y cobalto. Este virus fue diseñado genéticamente para expresar un nuevo residuo de cisteína de la proteína de cubierta y para modelar verticalmente partículas de virus en superficies de oro a través de interacciones oro-tiol. Las partículas de virión alineadas verticalmente soportadas con oro sirvieron como plantillas verticales para la deposición reductora de Ni y Co a temperatura ambiente mediante deposición no electrolítica y, por lo tanto, produjeron electrodos de alta superficie [Royston, E. et al. (2008)].
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