Sintesi di materiali nanostrutturati con agenti biologici
Aug 03, 2021
L'ultima tendenza nella lavorazione dei materiali delle batterie utilizza il processo di biomineralizzazione per costruire composti nanoarchitettonici controllati in condizioni ambientali [Ryu, J. et al.
(2010)]. La chimica biomimetica prevede l’utilizzo di entità biomolecolari reali come proteine, batteri e virus per agire come mezzo di crescita o come reattore su scala nanometrica spazialmente vincolato per la generazione di nanoparticelle. I biosistemi hanno le capacità intrinseche di riconoscimento molecolare e autoassemblaggio e quindi rappresentano un modello interessante per costruire e organizzare la nanostruttura. Ryu et al. fosfato di metallo di transizione nanostrutturato sintetizzato tramite mineralizzazione biomimetica di nanofibre peptidiche (figura 11).
Peptidi autoassemblati in nanofibre che mostrano numerose porzioni acide e polari sulla loro superficie e facilmente mineralizzati con fosfato di metallo di transizione mediante trattamento sequenziale con soluzioni acquose contenenti cationi di metalli di transizione e anioni fosfato.
Le nanofibre peptidiche mineralizzate FePO4 sono state trattate termicamente a 350º C per fabbricare nanotubi FePO4 con pareti interne rivestite con un sottile strato di carbonio conduttivo mediante carbonizzazione del nucleo peptidico. Una volta formati, i nanotubi FePO4 rivestiti di carbonio hanno mostrato un'elevata capacità reversibile (150 mAh·g-1 a C/17) e una buona ritenzione di capacità durante il ciclo.
Schema della sintesi di nanotubi FePO4 mediante trattamento termico di nanofibre ibride peptide/FePO4; eb) micrografia a trasmissione di strutture tubolari. [Riprodotto da Ryu et al. (2010)].
Il batterio Bacillus pasteurii è stato ampiamente utilizzato per provocare la precipitazione della calcite e può generare un mezzo basico dall'idrolisi dell'urea che aiuta la crescita di nanofilamenti LiFePO4 a 65º C. Il lievito di birra è stato anche segnalato come modello biomimetico utilizzato per preparare LiFePO4 con potenziamento area superficiale e conduttività [Li, P. et al. (2009)].
Sono stati anche segnalati virus ingegnerizzati come modelli per sintetizzare vari materiali per elettrodi [Mao, Y. et al. (2007)], come nanofili di ossido di oro-cobalto che consistevano in nanocristalli di 2-3 nm di diametro preparati con il virus batterico M13 modificato, con maggiore ritenzione di capacità [Tam, KT et al. (2006)]. Il virus del mosaico del tabacco è stato utilizzato anche come modello per la sintesi delle superfici di nichel e cobalto. Questo virus è stato geneticamente modificato per esprimere un nuovo residuo di cisteina della proteina di rivestimento e per modellare verticalmente le particelle virali su superfici dorate tramite interazioni oro-tiolo. Le particelle virioniche allineate verticalmente supportate dall'oro fungevano da modelli verticali per la deposizione riduttiva di Ni e Co a temperatura ambiente tramite deposizione senza corrente, e quindi producevano elettrodi ad elevata area superficiale [Royston, E. et al. (2008)].
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