Collaborative Proposal: Tailoring nano- and micro-porous catalytic surfaces for microfluidic biofuel cells

合作提案:为微流体生物燃料电池定制纳米和微孔催化表面

基本信息

  • 批准号:
    1057562
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2011
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2011-09-15 至 2014-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Professor Shelley D. Minteer of University of Utah and Professor Joseph Wang of the University of California-San Diego are supported by the Chemical Catalysis Program in the Division of Chemistry to develop three-dimensional structures of nano building blocks to be used as supports and current collectors for enzymatic biofuel cells. Hierarchical catalyst supports in which macroscopic and microscopic pore structures are combined and independently controlled will be constructed using either porous carbon materials or templated microchannels. The proposed structures will be used as electrodes in conventional biofuel cells and in biofuel cells within microfluidic channels. The biofuel cell anodes will utilize a pair of NAD-dependent dehydrogenases (lactate and pyruvate dehydrogenase) with lactate as fuel, and with an NADH-recycling electrocatalyst polymer layer on the interior surface of the nanoporous metal layer to facilitate NADH redox chemistry within the nanoporous layer. The work will focus on electrode structure and activity and will seek insights into how these catalyst support structures can correlate with improved bioelectrode performance. Current enzymatic biofuel cells are hampered by poor enzyme utilization, and the proposed nanostructured electrode design promises to alleviate this deficiency and improve the current/power density for the conversion of chemical energy of a fuel into electrical energy. The project will provide training for graduate and undergraduate and engage students from underrepresented minorities through the involvement of the PIs in a variety of outreach activities.
犹他大学 Shelley D. Minteer 教授和加州大学圣地亚哥分校 Joseph Wang 教授在化学系化学催化项目的支持下,开发纳米积木的三维结构,用作支撑体和电流酶生物燃料电池的收集器。将使用多孔碳材料或模板化微通道构建宏观和微观孔隙结构结合并独立控制的分层催化剂载体。所提出的结构将用作传统生物燃料电池和微流体通道内生物燃料电池的电极。生物燃料电池阳极将利用一对 NAD 依赖性脱氢酶(乳酸和丙酮酸脱氢酶),以乳酸为燃料,并在纳米多孔金属层的内表面上使用 NADH 回收电催化剂聚合物层,以促进纳米多孔内的 NADH 氧化还原化学反应。层。这项工作将重点关注电极结构和活性,并将深入了解这些催化剂支撑结构如何与改进的生物电极性能相关联。当前的酶生物燃料电池因酶利用率低而受到阻碍,所提出的纳米结构电极设计有望缓解这一缺陷并提高将燃料的化学能转化为电能的电流/功率密度。该项目将为研究生和本科生提供培训,并通过 PI 参与各种外展活动来吸引代表性不足的少数族裔的学生。

项目成果

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  • 通讯作者:
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