Synthèse de matériaux nanostructurés avec des agents biologiques
Aug 03, 2021
La dernière tendance dans le traitement des matériaux de batterie consiste à utiliser un processus de biominéralisation afin de construire des composés nanoarchitecturés contrôlés dans des conditions ambiantes [Ryu, J. et al.
(2010)]. La chimie biomimétique implique l'utilisation d'entités biomoléculaires réelles telles que des protéines, des bactéries et des virus pour agir soit comme milieu de croissance, soit comme réacteur nanométrique spatialement contraint pour la génération de nanoparticules. Les biosystèmes possèdent des capacités inhérentes de reconnaissance moléculaire et d’auto-assemblage et constituent donc un modèle attrayant pour la construction et l’organisation de la nanostructure. Ryû et coll. du phosphate de métal de transition nanostructuré synthétisé via une minéralisation biomimétique de nanofibres peptidiques (figure 11).
Peptides auto-assemblés en nanofibres présentant de nombreux fragments acides et polaires à leur surface et facilement minéralisés avec du phosphate de métal de transition par traitement séquentiel avec des solutions aqueuses contenant des cations de métaux de transition et des anions phosphate.
Les nanofibres peptidiques minéralisées en FePO4 ont été traitées thermiquement à 350 ° C pour fabriquer des nanotubes FePO4 dont les parois internes sont recouvertes d'une fine couche de carbone conducteur par carbonisation du noyau peptidique. Une fois formés, les nanotubes FePO4 recouverts de carbone présentaient une capacité réversible élevée (150 mAh·g-1 à C/17) et une bonne rétention de capacité pendant le cyclage.
Schéma de synthèse de nanotubes FePO4 par traitement thermique de nanofibres hybrides peptide/FePO4 ; et b) micrographie par transmission de structures tubulaires. [Reproduit de Ryu et al. (2010)].
La bactérie Bacillus pasteurii a été largement utilisée pour provoquer la précipitation de calcite et elle peut générer un milieu basique à partir de l'hydrolyse de l'urée qui favorise la croissance de nanofilaments LiFePO4 à 65 ° C. La levure de bière a également été signalée comme modèle biomimétique utilisé pour préparer LiFePO4 avec une teneur améliorée. superficie et conductivité [Li, P. et al. (2009)].
Des virus modifiés ont également été signalés comme modèles pour synthétiser divers matériaux d'électrodes [Mao, Y. et al. (2007)], tels que les nanofils d'oxyde d'or-cobalt constitués de nanocristaux de 2 à 3 nm de diamètre préparés avec le virus bactérien M13 modifié, avec une rétention de capacité améliorée [Tam, KT et al. (2006)]. Le virus de la mosaïque du tabac a également été utilisé comme modèle pour la synthèse des surfaces de nickel et de cobalt. Ce virus a été génétiquement modifié pour exprimer un nouveau résidu de cystéine, une protéine d'enveloppe, et pour modeler verticalement les particules virales sur des surfaces dorées via des interactions or-thiol. Les particules de virions alignées verticalement sur support or ont servi de modèles verticaux pour le dépôt réducteur de Ni et Co à température ambiante via un dépôt autocatalytique, et ont ainsi produit des électrodes à grande surface [Royston, E. et al. (2008)].
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