Graphene and graphene–cellulose nanocrystal composite films for sustainable anodes in biophotovoltaic devices

文献情報

出版日 2023-12-01
DOI 10.1039/D3SE01185B
インパクトファクター 6.367
著者

Laura T. Wey, Jouko Peltonen, Yagut Allahverdiyeva


原文を見る

要旨

The urgent need for renewable energy technologies has fuelled the exploration of biophotovoltaic devices (BPVs) that harness photosynthetic microorganisms, such as cyanobacteria, for solar-to-electricity conversion. To address the need for sustainable and scalable BPV power generation, the development of suitable electrode materials is crucial. In this study, we investigated electrically conducting few-layer graphene films and composites of graphene and cellulose nanocrystals (CNC) as potential BPVs anodes. Graphene and graphene–CNC electrodes were fabricated using a green liquid-phase shear exfoliation method in aqueous environments, employing sodium cholate (SC) surfactant solution or a CNC suspension, respectively, followed by spray-coating onto non-conductive glass substrates. Both CNC and SC are non-toxic, naturally derived, and renewable. Surface characterisation revealed hydrophilic films with nanoscale roughness, ideal for interfacing cyanobacterial cells. Cyclic voltammetry experiments demonstrated the electroactivity and stability of the electrodes in aqueous electrolyte solutions compatible with cyanobacteria. The photoelectrochemical performance of cyanobacterial cells on these electrodes was evaluated using a three-electrode electrochemical set-up. The graphene and graphene–CNC electrodes harvested photocharge densities over a 5 min period of 86.0 ± 32.0 μC cm−2 and 52.8 ± 23.2 μC cm−2, respectively; and with ferricyanide 339 ± 139 μC cm−2 and 134 ± 79 μC cm−2, respectively (photocurrent densities with ferricyanide of 2.17 ± 0.74 μA cm−2 and 1.11 ± 0.60 μA cm−2, respectively). Due to their abundant source materials and efficient fabrication method, few-layer graphene and graphene–CNC composites present a sustainable solution as anodes for renewable electricity generation in BPVs. This research provides a foundation for the advancement of cost-effective and environmentally friendly BPV technologies, thereby contributing to the reduction of fossil fuel dependence in energy generation.

関連文献

Protonation kinetics of acrylate radical anions

Erzsébet Takács, Katalin Dajka, László Wojnárovits, Salvatore S. Emmi

2000-03-17 Paper

DOI: 10.1039/B000222O

On the role of methylene blue in the oscillating peroxidase–oxidase reaction

Anita Lunding, Lars Folke Olsen

2000-01-05 Paper

DOI: 10.1039/A910319H

Solute–solvent interactions in the (N,N-dimethylformamide + N-methylformamide + water) ternary system at 298.15 K

Begoña García, Rafael Alcalde, Santiago Aparicio, José M. Leal, José S. Matos

2001-06-20 Paper

DOI: 10.1039/B102402G

Structure, phase transition and molecular motions in (C5H5NH)BiCl4

Jolanta Jóźków, Wojciech Medycki, Jacek Zaleski, Ryszard Jakubas, Grażyna Bator, Zbigniew Ciunik

2001-07-11 Paper

DOI: 10.1039/B102697F

Surfactant structure around DNA in aqueous solution

Paul Smith, R. M. Lynden-Bell, W. Smith

2000-03-09 Paper

DOI: 10.1039/A909519E

Limiting properties of (MgO)n and (CaO)n clusters

Itai Panas

2001-06-27 Paper

DOI: 10.1039/B103738M

こちらもおすすめ

化合物よくある質問

6- bromo-1-cyclopropyl-1H-benzimidazoleの市場動向や研究トレンドはどうですか?

6- bromo-1-cyclopropyl-1H-benzimidazoleは、抗炎症、抗ウイルス作用を持つことが報告されており、新薬開発の研究対象として注目...

1416713-53-56-Bromo-1-cyclopropy...
化合物よくある質問

環氧プロpanol-d5を取り扱う際の実験室安全事項は何ですか?

取り扱う際には、防護眼鏡と手袋を使用し、ドラフトチャンバー内で操作することを推奨します。漏洩時には適切な手順で処理し、安全データシートを常に参照してください。

1246819-20-4Glycidol-d5
化合物よくある質問

2,2’-ジメチル-3,3’-ビピリジンはどのように合成されますか?

2,2’-ジメチル-3,3’-ビピリジンは、ピリジンと2-メチルアクリルアミドを有機合成反応で合成します。この反応では、ピリジンと2-メチルアクリルアミドを含有...

86156-55-02,2’-Dimethyl-3,3’-b...
化合物よくある質問

6-甲基ピリジン-2-ボリック酸の主な用途は何ですか?

6-甲基ピリジン-2-ボリック酸は、合成化学、医薬品合成、以及研究用途などに広く使用され、特に組換えDNA技術や分子生物学の研究において重要な役割を果たします。

372963-50-3(6-Methyl-2-pyridiny...
化合物よくある質問

(R)-3-(1-甲基-2-氧環己基)プロpano酸メチルは安全ですか?

(R)-3-(1-甲基-2-氧環己基)プロpano酸メチルは一定の安全性がありますが、直接的な皮膚接触や吸入は避けるべきです。使用する際は適切な個々の安全データ...

94089-47-1methyl 3-[(1R)-1-met...
化合物よくある質問

ketorolacはどのように保存すればよいですか?

ketorolacは、密封して遮光容器に保管し、直射日光や高温を避けて保存してください。温度は常温で保存し、湿度をなるべく低く保つことが推奨されます。

74103-06-3rac Ketorolac
化合物よくある質問

L-2,3-二氨基丙酸二盐酸盐を取り扱う際の実験室安全事項は何ですか?

L-2,3-二氨基丙酸二盐酸盐は腐食性が強く、皮膚や粘膜に刺激を与える可能性があります。取り扱う際は、防塵マスク、ゴーグル、手袋を使用し、適切な排気設備を使用し...

19777-68-5(S)-2,3-Diaminopropa...
化合物よくある質問

2-(4-溴ピリジン-2-基)乙腈の物理化学的性質は何ですか?

2-(4-溴ピリジン-2-基)乙腈のCAS番号は312325-73-8です。主に結晶形態で存在し、分子量は159.01 g/molです。この化合物は水に溶けやす...

312325-73-8(4-Bromo-2-pyridinyl...
化合物よくある質問

3-フローロ-[1,1-ベンジレン]-3,4-ジカルボン酸を取り扱う際の実験室安全事項は何ですか?

この化合物は毒性は低いですが、直接的な接触や吸入に注意が必要です。PPE(個人防護具)を着用し、ドラフトチャンバーを使用して操作することを推奨します。また、漏洩...

1261915-32-53'-Fluoro-[1,1'-biph...
化合物よくある質問

3-(1-氧代-1,3-二氢-2H-2-异吲哚)丙酸の主な用途は何ですか?

3-(1-氧代-1,3-二氢-2H-2-异吲哚)丙酸は、薬理学研究や医薬品製造において広く用いられる化合物です。また、工業的な用途でも一部の化学反応の触媒や助剤...

83747-30-23-(1-Oxo-1,3-dihydro...
免責事項
このページに表示される学術雑誌情報は、参考および研究目的のみを目的としています。当社は雑誌出版社とは提携しておらず、投稿の取り扱いも行っておりません。出版に関するお問い合わせは、各雑誌出版社に直接ご連絡ください。
表示されている情報に誤りがある場合は、support@chemtradehub.com までご連絡ください。迅速に確認し、対応いたします。