Preparação e caracterização de sistemas híbridos para biocélulas enzimáticas operando com etilenoglicol/O2

• Ano de defesa: 2021
• Autor(a) principal: Antônio, Jesimiel Glaycon Rodrigues
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
• Palavras-chave em Português: Biocélula a combustível enzimática; Biocélula híbrida; Enzymatic biofuel cell; Ethylene glycol; Etilenoglicol; Hybrid biofuel cell; MWCNTs; Nanocatalisadores; Nanocatalysts; Oxalate oxidase; Oxalato oxidase; TEMPO-NH2
• Link de acesso: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/59/59138/tde-08022022-091409/

Este trabalho descreve a investigação de sistemas híbridos para o desenvolvimento de uma biocélula a combustível etilenoglicol/O2 visando a oxidação completa do combustível. Os catalisadores de nanopartículas de Pt65Sn35 depositadas sobre nanotubos de carbono de parede múltiplas (MWCNTs-Pt65Sn35) e 4-amino-TEMPO (TEMPO-NH2) demostraram atividade eletrocatalítica para a oxidação do etilenoglicol (EG) com um pico de oxidação bem definido. A enzima oxalato oxidase (OxOx) obtida pela Ceriporiopsis subvermispora foi empregada como catalisador na quebra da ligação C-C do substrato. As voltametrias cíclicas do sistema híbrido MWCNTsPt65Sn35+OxOx, na presença de EG apresentaram uma corrente 1,6 maior em relação a densidade de corrente observada para o MWCNTs-Pt65Sn35; já TEMPO-NH2+OxOx foi em média 1,23 maior quando comparada com o TEMPO-NH2. Análises voltamétricas, cronoamperométricas e de eletrólises demonstraram que a OxOx não oxida diretamente o EG. Foram realizados estudos cronoamperométricos do EG e dos subprodutos de oxidação (glicoaldeído (GAld), ácido fórmico (AF), ácido glicólico (AG), ácido glioxílico (AGO) e ácido oxálico (AO)) no sistema MWCNTs-Pt65Sn35+OxOx e MWCNTs-Pt65Sn35 em um potencial fixo de 0,9 V vs Ag/ AgCl. O sistema híbrido apresentou corrente superior para todos os substratos analisados. O sistema TEMPO NH2+OxOx e TEMPO-NH2 após injeções sucessivas de EG em um potencial fixo de 0,75 V vs Ag/AgCl, mostraram um aumento médio de 14% na presença da enzima OxOx. A eletrólise de longo prazo em um potencial de 0,5 V vs Ag/AgCl para o MWCNTs-Pt65Sn35+OxOx gerou uma densidade de corrente 65% maior em comparação com o sistema contendo apenas MWCNTs-Pt65Sn35; e as eletrolises em 0,75 V vs Ag/AgCl do TEMPO-NH2+OxOx gerou uma densidade de corrente 58% maior em comparação com o sistema contendo apenas TEMPO-NH2. Os resultados obtidos pela técnica de CLAE (cromatografia líquida de alta eficiência) para o MWCNTs-Pt65Sn35+OxOx e TEMPO-NH2+OxOx mostraram a formação de CO2, confirmando a coleta de todos os 10 elétrons do EG. Eletrólises com os subprodutos de oxidação do EG e ensaios com a OxOx, possibilitaram ser proposto um provável mecanismo de oxidação para ambos os sistemas híbridos. MWCNTs-Pt65Sn35+OxOx atingiu 930 ± 85 µA cm-2, 332 ± 28 µW cm-2 e VCA (tensão de circuito aberto) de 0,643 ± 0,020 V, todos superiores ao sistema simples em 38,3% para a densidade de e potência, 28% para a densidade de corrente, e 18% para o VCA.