Resumen gráfico. Crédito: Revista de la American Chemical Society (2025). Doi: 10.1021/jacs.4c18730
Un equipo de investigación del Instituto Qingdao de Bioenergía y Tecnología de Bioprocesos de la Academia de Ciencias de China, junto con los colaboradores, ha introducido un nuevo diseño de membrana que imita los canales de proteínas biológicas para mejorar el transporte de protones para una cosecha eficiente de energía. El estudio fue publicado en el Journal of the American Chemical Society.
El transporte de protones es fundamental para muchos procesos biológicos y métodos de conversión de energía. Inspirado en el antiportador CLC-EC1 que se encuentra en Escherichia coli, que facilita el movimiento de cloruro (CL-) y protones, los investigadores desarrollaron una membrana híbrida compuesta de marcos orgánicos covalentes (COF) integrados con nanofibras de aramida (ANFS).
Este compuesto ANF/COF forma una red robusta de enlace de hidrógeno y presenta grupos de amida que se unen selectivamente a las clandones, reduciendo significativamente la barrera de energía para la conducción de protones.
En entornos ácidos, agregar solo 0.1% de clys (en relación con los protones) aumenta la tasa de permeación de protones de la membrana triple, alcanzando 9.8 mol M-2 H-1. Esta mejora no se observó con otros aniones como NO3- o SO42-, enfatizando el papel único de Cl-.
El mecanismo de salto de protones del sistema, validado a través de los cálculos de la teoría funcional de espectroscopía y densidad (DFT), demuestra que la unión de Cl se extiende y las cadenas, mejora las redes de enlaces de hidrógeno y permite la migración eficiente de los iones H+.
Es importante destacar que el rendimiento de la membrana se traduce en aplicaciones del mundo real. En condiciones de aguas residuales ácidas simuladas, la membrana ANF/COF logró una densidad de potencia de salida de 434.8 W M-2, una de las más altas reportadas hasta la fecha para la generación de energía osmótica. También mostró estabilidad estructural durante 9,000 minutos (~ 150 horas) de operación en medios altamente ácidos.
“Este trabajo ejemplifica cómo la naturaleza imitadora puede abordar los desafíos ambientales y energéticos reales”, dijo el autor co-correspondiente, el profesor Zhu Ying de la Universidad de Beihang. “Nuestra membrana no solo mejora la eficiencia del transporte de protones, sino que también abre la puerta para convertir el ácido de los desechos industriales en electricidad”.
Este estudio destaca un nuevo paradigma de transporte de protones asistido por CL, que proporciona un plan para las membranas de próxima generación en aplicaciones energéticas y ambientales.
Más información: Wenxiu Jiang et al, canales de proteínas asistidos por cloruro bioinspirados: mejora del transporte de protones para la recolección de energía sostenible de las aguas residuales ácidas, Journal of the American Chemical Society (2025). Doi: 10.1021/jacs.4c18730
Proporcionado por la Academia de Ciencias de China
Cita: el nuevo diseño de membrana imita los canales de proteínas para la recolección de energía eficiente (2025, 8 de abril) Recuperado el 8 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-membrane-mimics-protein-channels-eficience.html
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