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Desenvolvimento de Biocélulas a Combustível Microbiológicas para Bioprodução e Oxidação de Etanol

Processo: 15/22973-6
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Doutorado
Vigência (Início): 01 de março de 2016
Vigência (Término): 28 de fevereiro de 2021
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
Pesquisador responsável:Frank Nelson Crespilho
Beneficiário:Graziela Cristina Sedenho
Instituição-sede: Instituto de Química de São Carlos (IQSC). Universidade de São Paulo (USP). São Carlos , SP, Brasil
Bolsa(s) vinculada(s):17/15714-0 - Bateria de fluxo redox acoplada com biocélula a combustível microbiológica, BE.EP.DR
Assunto(s):Etanol

Resumo

Biocélulas a combustível microbiológicas (MFCs) são dispositivos bioeletroquímicos que convertem energia química em energia elétrica a partir da oxidação de matéria orgânica (combustível) por meio de microrganismos, sendo esses utilizados em bioânodos. Neste âmbito, este projeto de doutorado visa estudar uma biocélula a combustível utilizando microrganismos anaeróbicos facultativos (como fungos da espécie Saccharomyces cerevisiae) para bioprodução de etanol, podendo este produto formado ser utilizado como substrato em outros sistemas visando a obtenção de bioeletrodos cooperativos na presença de enzimas. Serão estudadas duas rotas de conversão de energia: 1) liberação de agentes redutores em solução; 2) transferência de elétrons intramembrana celular. Com relação ao estado da arte para esses sistemas, os maiores desafios são desenvolver estes dispositivos com elevada estabilidade eletroquímica, alta densidade de potência e com bioeletrodos robustos. Além disso, a literatura pouco reporta sobre a cinética de transferência de elétrons intramembrana celular. Assim, o principal objetivo deste projeto é superar estes desafios, propondo a utilização de bioânodos compostos por fibras flexíveis de carbono modificadas. Também, pretende-se estudar os mecanismos envolvendo mediadores de elétrons e os bioeletrodos, assim como compreender como os microrganismos podem influenciar a cinética das reações. Por fim, pretende-se otimizar os protótipos de MFCs em escala laboratorial para obter as melhores condições de operação.

Publicações científicas (8)
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
SEDENHO, GRAZIELA C.; DE PORCELLINIS, DIANA; JING, YAN; KERR, EMILY; MEJIA-MENDOZA, LUIS MARTIN; VAZQUEZ-MAYAGOITIA, ALVARO; ASPURU-GUZIK, ALAN; GORDON, ROY G.; CRESPILHO, FRANK N.; AZIZ, MICHAEL J. Effect of Molecular Structure of Quinones and Carbon Electrode Surfaces on the Interfacial Electron Transfer Process. ACS APPLIED ENERGY MATERIALS, v. 3, n. 2, p. 1933-1943, FEB 2020. Citações Web of Science: 0.
MACEDO, LUCYANO J. A.; HASSAN, AYAZ; SEDENHO, GRAZIELA C.; CRESPILHO, FRANK N. Assessing electron transfer reactions and catalysis in multicopper oxidases with operando X-ray absorption spectroscopy. NATURE COMMUNICATIONS, v. 11, n. 1 JAN 16 2020. Citações Web of Science: 0.
MELO, ANTONIO F. A. A.; SEDENHO, GRAZIELA C.; OSICA, IZABELA; ARIGA, KATSUHIKO; CRESPILHO, FRANK N. Electrochemical Behavior of Cytochrome C Immobilized in a Magnetically Induced Mesoporous Framework. CHEMELECTROCHEM, v. 6, n. 23, p. 5802-5809, DEC 2 2019. Citações Web of Science: 0.
CRESPILHO, FRANK N.; SEDENHO, GRAZIELA C.; DE PORCELLINIS, DIANA; KERR, EMILY; GRANADOS-FOCIL, SERGIO; GORDON, ROY G.; AZIZ, MICHAEL J. Non-corrosive, low-toxicity gel-based microbattery from organic and organometallic molecules. JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A, v. 7, n. 43, p. 24784-24787, NOV 21 2019. Citações Web of Science: 0.
ALI, MIAN A.; HASSAN, AYAZ; SEDENHO, GRAZIELA C.; GONCALVES, RENATO V.; CARDOSO, DANIEL R.; CRESPILHO, FRANK N. Operando Electron Paramagnetic Resonance for Elucidating the Electron Transfer Mechanism of Coenzymes. Journal of Physical Chemistry C, v. 123, n. 26, p. 16058-16064, JUL 4 2019. Citações Web of Science: 0.
PAGNONCELLI, KAMILA C.; PEREIRA, ANDRESSA R.; SEDENHO, GRAZIELA C.; BERTAGLIA, THIAGO; CRESPILHO, FRANK N. Ethanol generation, oxidation and energy production in a cooperative bioelectrochemical system. BIOELECTROCHEMISTRY, v. 122, p. 11-25, AUG 2018. Citações Web of Science: 0.
ANDRESSA R. PEREIRA; GRAZIELA C. SEDENHO; JOÃO C. P. DE SOUZA; FRANK N. CRESPILHO. Advances in enzyme bioelectrochemistry. Anais da Academia Brasileira de Ciências, v. 90, n. 1, p. -, 2018.
PEREIRA, ANDRESSA R.; SEDENHO, GRAZIELA C.; DE SOUZA, JOAO C. P.; CRESPILHO, FRANK N. Advances in enzyme bioelectrochemistry. Anais da Academia Brasileira de Ciências, v. 90, n. 1, 1, p. 825-857, 2018. Citações Web of Science: 2.

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