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Desenvolvimento de uma cascata enzimática híbrida para a produção de biocélula etanol/O2 eficiente

Processo: 17/20431-7
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de janeiro de 2018
Situação:Interrompido
Área do conhecimento:Ciências Exatas e da Terra - Química - Físico-química
Pesquisador responsável:Adalgisa Rodrigues de Andrade
Beneficiário:Jefferson Honorio Franco
Instituição-sede: Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP). Universidade de São Paulo (USP). Ribeirão Preto , SP, Brasil
Vinculado ao auxílio:14/50945-4 - INCT 2014: Instituto Nacional de Tecnologias Alternativas para Detecção, Avaliação Toxicológica e Remoção de Micropoluentes e Radioativos, AP.TEM
Bolsa(s) vinculada(s):18/24180-1 - Preparação de arquitetura multi-catalítica híbrida contendo enzima, catalisador orgânico e nanotubos de carbono modificados para a oxidação eletroquímica completa de etanol, BE.EP.PD
Assunto(s):Nanotubos   Energia   Eletrocatálise   Etanol   Eletroquímica

Resumo

Biocélulas a combustível são dispositivos que utilizam reações químicas para produzir energia empregando catalizadores biológicos (enzimas ou micro-organismos), fornecendo energia limpa e renovável, além de apresentarem grande potencial como fontes de energia alternativas para dispositivos eletrônicos de baixa potência. As características das biocélulas a combustível enzimáticas são bastante promissoras, porém, ainda apresentam diversos desafios. Sendo assim, alguns ajustes nas questões chaves do desenvolvimento deste dispositivo são importantes objetos de pesquisa, tais como: (1) aumento na energia gerada, (2) aumento da condutividade eletrônica nos biofilmes. Desta forma, este projeto de pesquisa tem como objetivo a preparação de bioânodos enzimáticos visando a melhoria desses pontos. Para tal, será investigada a oxidação de etanol como combustível modelo para bioânodos híbridos visando a completa oxidação deste substrato, isto é, usar toda a energia química com aproveitamento máximo dos elétrons disponíveis no combustível. Paralelamente, para melhorar a transferência de elétrons entre o centro ativo das enzimas e os eletrodos serão construídos hidrogéis híbridos empregando o polímero linear de etilenoimina ou linear polyethylenimine (LPEI) associado ao agente cross-linker etilenoglicol diglicidil éter (EGDGE). O desempenho do sistema pode ser melhorado com a presença ou ausência de nanotubos de carbono modificados com a subsequente adição de um catalisador orgânico (TEMPO- N-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidina), que é capaz de oxidar uma ampla gama de grupos funcionais contendo oxigênio, nitrogênio e enxofre. O progresso da reação enzimática híbrida será monitorado por técnicas eletroquímicas, como eletrólise, e analíticas, para identificar e confirmar os possíveis produtos formados após oxidação do combustível.

Publicações científicas
(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)
FRANCO, JEFFERSON HONORIO; AQUINO NETO, SIDNEY; HICKEY, DAVID P.; MINTEER, SHELLEY D.; DE ANDRADE, ADALGISA R. Hybrid catalyst cascade architecture enhancement for complete ethanol electrochemical oxidation. BIOSENSORS & BIOELECTRONICS, v. 121, p. 281-286, DEC 15 2018. Citações Web of Science: 0.
FRANCO, JEFFERSON HONORIO; MINTEER, SHELLEY D.; DE ANDRADE, ADALGISA R. Product Analysis of Operating an Ethanol/O-2 Biofuel Cell Shows the Synergy between Enzymes within an Enzymatic Cascade. Journal of the Electrochemical Society, v. 165, n. 9, p. H575-H579, 2018. Citações Web of Science: 1.

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