Exploring electron transfer: Bioinspired, biomimetics, and bioelectrochemical systems for sustainable energy and Value-Added compound synthesis

Autor(es)

Sedenho, Graziela C. ; Colombo, Rafael N. P. ; Iost, Rodrigo M. ; Lima, Filipe C. D. A. ; Crespilho, Frank N.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: APPLIED PHYSICS REVIEWS; v. 11, n. 2, p. 25-pg., 2024-06-01.

Resumo

Electron transfer (ET) is a fundamental process that underlies various phenomena in physics, chemistry, and biology. Understanding ET mechanisms is crucial for developing sustainable energy solutions and synthesizing value-added compounds efficiently. In this context, the present review provides the fundamental aspects of ET involving bioinspired, biomimetics, and biological entities and its significance for sustainable energy and green electrosynthesis fields. Among the theoretical and experimental cornerstones, Marcus Theory, electronic conductance, computational modeling, biomolecular thermodynamics, electrochemical and kinetic theories, protein film voltammetry, and the emergence of in situ and operando techniques are explored. Theoretical modeling is vital for understanding and predicting ET processes. Additionally, the significance of experimental techniques for investigating the ET process in biological entities and interfaces is discussed. Protein film voltammetry is a valuable and consolidated technique for studying ET processes at the protein-electrode interface, whereas in situ and operando techniques for interrogating ET processes in real time provide insights into the dynamics and mechanisms of ET. The concept of quantum conductance in biological structures is addressed, evidencing a trend and power of single-entity analysis. Aspects of extracellular and interfacial ET processes are presented and discussed in the electrochemical energy conversion systems. A deep understanding of these processes can improve the design of efficient bioinspired catalysts. Therefore, this multidisciplinary work aims to fill the gaps between different scientific fields related to ET involving bioentities to develop innovative energy and value-added compound synthesis solutions. (AU)

• Processo FAPESP: 22/09164-5 - Compreendendo os mecanismos de transferência de carga em sistemas biológicos e biomiméticos usando técnicas in-situ e operando: desde a ciência fundamental à aplicação na área energética
• Beneficiário: Frank Nelson Crespilho
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 21/05665-7 - Desenvolvimento de superfícies de Van der Waals para aplicação em biodispositivos
• Beneficiário: Rafael Neri Prystaj Colombo
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 18/22214-6 - Rumo à convergência de tecnologias: de sensores e biossensores à visualização de informação e aprendizado de máquina para análise de dados em diagnóstico clínico
• Beneficiário: Osvaldo Novais de Oliveira Junior
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 23/01529-7 - Bioengenharia de metaloproteínas bifuncionais aplicadas na produção de produtos de valor agregado
• Beneficiário: Frank Nelson Crespilho
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 14/50869-6 - INCT 2014: em Eletrônica Orgânica INEO
• Beneficiário: Roberto Mendonça Faria
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Temático
• Processo FAPESP: 23/17506-6 - Estudo computacional do mecanismo de transferência eletrônica em sistemas híbridos nanoestruturados
• Beneficiário: Filipe Camargo Dalmatti Alves Lima
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular