{"id":504782,"date":"2024-02-27T17:05:45","date_gmt":"2024-02-27T20:05:45","guid":{"rendered":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=504782"},"modified":"2024-02-28T09:17:29","modified_gmt":"2024-02-28T12:17:29","slug":"del-agua-al-hidrogeno","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/del-agua-al-hidrogeno\/","title":{"rendered":"Del agua al hidr\u00f3geno"},"content":{"rendered":"

Un experimento que se llev\u00f3 a cabo recientemente en Sirius, la fuente de luz sincrotr\u00f3n brasile\u00f1a del Centro Nacional de Investigaciones en Energ\u00eda y Materiales (CNPEM), con sede en Campinas, en el interior del estado de S\u00e3o Paulo (lea en<\/em> Pesquisa FAPESP, edici\u00f3<\/em>n n\u00ba 269<\/em><\/a>), logr\u00f3 demostrar de qu\u00e9 manera un determinado catalizador biol\u00f3gico descompone con mayor eficiencia la mol\u00e9cula de agua (H2O) mediante un proceso de electr\u00f3lisis. Esta reacci\u00f3n, un proceso electroqu\u00edmico que utiliza la electricidad para descomponer el agua en sus elementos constituyentes, es de gran inter\u00e9s pues como resultado, adem\u00e1s de ox\u00edgeno, se obtiene hidr\u00f3geno, al que muchos expertos se\u00f1alan como el combustible del futuro, ya que su utilizaci\u00f3n no implica emisiones de gases contaminantes (lea<\/em> en Pesquisa FAPESP, edici\u00f3<\/em>n n\u00ba 314<\/em><\/a>).<\/p>\n

\u201cHemos descubierto que algunas enzimas presentes en la naturaleza, entre ellas la bilirrubina oxidasa [BOD], cuando se manipulan en laboratorio, pueden acelerar la reacci\u00f3n de descomposici\u00f3n del agua\u201d, dice el qu\u00edmico Frank Nelson Crespilho, docente del Instituto de Qu\u00edmica de S\u00e3o Carlos de la Universidad de S\u00e3o Paulo (IQSC-USP) y coordinador de la investigaci\u00f3n. \u201cNo sab\u00edamos por qu\u00e9 ocurr\u00eda esto. Gracias a un nuevo dispositivo desarrollado especialmente para el Sirius, pudimos observar c\u00f3mo se comporta esta enzima, la BOD, cuando est\u00e1 presente en el proceso de oxidaci\u00f3n del agua. Pudimos comprobar que los \u00e1tomos de cobre en su interior son relevantes en esta reacci\u00f3n\u201d.<\/p>\n

Crespilho espera que este avance constituya el punto de partida para que la ciencia se inspire en el segmento de la enzima que promovi\u00f3 la aceleraci\u00f3n de la reacci\u00f3n. \u201cEs interesante conocer las regiones importantes de la BOD pues ahora los qu\u00edmicos sint\u00e9ticos que trabajan en la producci\u00f3n de materiales pueden copiar esa parte y sintetizarla en laboratorio. Esto har\u00e1 que el costo del catalizador sea mucho menor y con mayores posibilidades de aplicaci\u00f3n\u201d, dice el investigador. En general, los catalizadores utilizados en este proceso se fabrican con metales nobles, como el platino y el iridio, que son m\u00e1s caros, lo que acaba haciendo inviable su aplicaci\u00f3n a gran escala. Un art\u00edculo detallando el experimento, redactado por el equipo de Crespilho, que incluye a los investigadores Graziela Sedenho, Rafael Colombo, Thiago Bertaglia y Jessica Pacheco, sali\u00f3 publicado en octubre en la revista Advanced Energy Materials<\/em>. El trabajo cont\u00f3 con la participaci\u00f3n de cient\u00edficos del Laboratorio Nacional de Luz de Sincrotr\u00f3n (LNLS).<\/p>\n

Investigadores de todo el mundo buscan nuevos catalizadores para la reacci\u00f3n de oxidaci\u00f3n del agua<\/p><\/blockquote>\n

La bilirrubina oxidasa se extrajo del hongo Myrothecium verrucaria<\/em>, que suele hallarse presente en el suelo y en las plantas. Cuando se la manipula en el laboratorio, participa en la reacci\u00f3n de descomposici\u00f3n del agua, algo que no ocurre espont\u00e1neamente en la naturaleza. Dentro del reactor, la enzima trabaja m\u00e1s concretamente en la formaci\u00f3n de ox\u00edgeno molecular, que es una de las dos reacciones necesarias para la rotura de la mol\u00e9cula de H2O. La otra es la generaci\u00f3n de hidr\u00f3geno. Ambas se producen en forma concomitante. \u201cPara la producci\u00f3n de hidr\u00f3geno, que tiene lugar en un lado del reactor, todo el proceso ya se conoce mejor. Existen catalizadores m\u00e1s baratos y eficaces. Sin embargo, la otra reacci\u00f3n, que es la de oxidaci\u00f3n del agua, es muy lenta, por lo que investigadores de todo el mundo se han abocado a la b\u00fasqueda de buenos catalizadores para ello\u201d, explica Crespilho.<\/p>\n

La observaci\u00f3n con un nivel de detalle muy elevado del comportamiento de la enzima durante la reacci\u00f3n bioelectroqu\u00edmica solamente fue posible gracias a la infraestructura de Sirius. En el ensayo se utiliz\u00f3 el haz de luz de la estaci\u00f3n experimental Tarum\u00e3, de la l\u00ednea de luz Carna\u00faba, que todav\u00eda se encuentra en fase de puesta en marcha cient\u00edfica, es decir, de pruebas, desarrollo t\u00e9cnico, rutinas y estrategias experimentales.<\/p>\n

\u201cEn esta fase se abordan diversos tipos de experimentos y temas cient\u00edficos con el prop\u00f3sito de demostrar el potencial de la l\u00ednea de luz\u201d, dice el f\u00edsico e investigador Helio Cesar Nogueira Tolentino, jefe de la Divisi\u00f3n de Materia Heterog\u00e9nea y Jer\u00e1rquica del LNLS. De las 14 l\u00edneas iniciales previstas para Sirius, siete ya est\u00e1n funcionamiento. Cada una de ellas opera en un rango de energ\u00eda diferente y utiliza una t\u00e9cnica principal. Las siete est\u00e1n abiertas para el trabajo de cient\u00edficos de Brasil y del exterior.<\/p>\n

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L\u00e9o Ramos Chaves\u2009\/\u2009Revista Pesquisa FAPESP<\/span>Monocromador: un dispositivo que forma parte de la l\u00ednea de luz Carna\u00faba del Sirius, donde se llev\u00f3 a cabo el estudioL\u00e9o Ramos Chaves\u2009\/\u2009Revista Pesquisa FAPESP<\/span><\/p><\/div>\n

En actividad desde la segunda mitad de 2021, la l\u00ednea de luz Carna\u00faba es la m\u00e1s extensa de Sirius. Fue dise\u00f1ada para realizar espectroscop\u00eda de absorci\u00f3n de rayos X y permitir la realizaci\u00f3n de experimentos con diferentes materiales a escala nanom\u00e9trica. Adem\u00e1s de la potente l\u00ednea de luz que produce un haz superconcentrado, el grupo de Crespilho pudo utilizar un dispositivo desarrollado recientemente por el equipo del LNLS centrado en el \u00e1rea bioqu\u00edmica.<\/p>\n

\u201cSe trata de una celda electroqu\u00edmica para experimentos in situ<\/em>. Se la coloca delante del haz de rayos X, que incide sobre el material por estudiarse en el momento en que se produce una reacci\u00f3n qu\u00edmica. Con esta c\u00e9lula tambi\u00e9n podemos aplicar un potencial el\u00e9ctrico y medir la corriente o aplicar corriente y medir el potencial, es decir, podemos ver c\u00f3mo responde el material a estos est\u00edmulos externos. Y todo ello mientras se produce la reacci\u00f3n qu\u00edmica\u201d, explica el f\u00edsico Itamar Tomio Neckel, investigador del grupo Carna\u00faba del LNLS y principal desarrollador de la nueva c\u00e9lula electroqu\u00edmica, un peque\u00f1o dispositivo que cabe en la palma de la mano.<\/p>\n

El mayor reto, seg\u00fan el investigador, es miniaturizarlo todo, porque las reacciones deben producirse en un espacio f\u00edsico muy limitado. Al mismo tiempo, es necesario simular las condiciones existentes en los laboratorios de los distintos usuarios. El haz de luz de la l\u00ednea Carna\u00faba tiene una dimensi\u00f3n 100 veces menor que un cabello, seg\u00fan los investigadores, y se convierte en una nanosonda de rayos X.<\/p>\n<\/div>

\n \n \n \n <\/picture>Alexandre Affonso \/ Revista Pesquisa FAPESP<\/span><\/div>
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La gran diferencia reside en que este equipo permite el mapeo del material en el experimento in situ<\/em>, o sea, la visualizaci\u00f3n del estado del material \u2013en el caso del art\u00edculo, el cobre\u2013 en las diferentes etapas de la reacci\u00f3n qu\u00edmica. \u201cEn los experimentos in situ<\/em>, estudiamos la cin\u00e9tica en tiempo real. Producimos una reacci\u00f3n electroqu\u00edmica y estudiamos todas las etapas de la reacci\u00f3n utilizando un microscopio que proporciona informaci\u00f3n sobre la estructura y el estado qu\u00edmico de los elementos que est\u00e1n all\u00ed en tiempo real\u201d, explica Nogueira Tolentino. \u201cLos experimentos permitieron comprender este proceso de bioelectrocat\u00e1lisis, de gran importancia para la producci\u00f3n de hidr\u00f3geno. Se abre as\u00ed otra ventana de posibilidades para la producci\u00f3n de hidr\u00f3geno mediante una reacci\u00f3n que es bastante sencilla y en la que intervienen materiales comunes\u201d.<\/p>\n

El trabajo del equipo de Crespilho form\u00f3 parte de una tanda de alrededor de 30 proyectos externos al LNLS contemplados en un llamado a la presentaci\u00f3n de propuestas para la realizaci\u00f3n de los experimentos de puesta en marcha de la estaci\u00f3n, lanzado en octubre. El art\u00edculo publicado por el grupo del IQSC-USP fue el primero en el \u00e1rea de bioelectroqu\u00edmica, pero ya se han realizado otros experimentos en la l\u00ednea, entre ellos el de un grupo de Argentina, y est\u00e1n a punto de publicarse.<\/p>\n

\u201cLos resultados obtenidos por el grupo de la USP en colaboraci\u00f3n con el CNPEM muestran el potencial de los estudios electroqu\u00edmicos in situ<\/em> acoplados a la radiaci\u00f3n sincrotr\u00f3n para dilucidar los mecanismos presentes en las reacciones importantes de biocat\u00e1lisis\u201d, dice la qu\u00edmica Ana Fl\u00e1via Nogueira, del Instituto de Qu\u00edmica de la Universidad de Campinas (Unicamp), quien no forma parte del equipo de Frank Crespilho. La investigadora pone de relieve lo in\u00e9dito del uso de esta t\u00e9cnica y su potencial para el estudio. \u201cEn esta investigaci\u00f3n se pudieron identificar sitios catal\u00edticos de cobre a escala nanom\u00e9trica. La colaboraci\u00f3n le demuestra a la comunidad brasile\u00f1a c\u00f3mo nuestros investigadores pueden beneficiarse de las t\u00e9cnicas avanzadas disponibles en Sirius, y eso puede aportarnos relevancia y reconocimiento mundial en la caracterizaci\u00f3n de materiales a escala nanom\u00e9trica\u201d.<\/p>\n

Proyectos
\n1.<\/strong>\u00a0Hacia una convergencia tecnol\u00f3gica. De los sensores y biosensores a la visualizaci\u00f3n de la informaci\u00f3n y el aprendizaje autom\u00e1tico para el an\u00e1lisis de datos en el diagn\u00f3stico cl\u00ednico (no<\/sup>18\/22214-6<\/a>);\u00a0Modalidad\u00a0<\/strong>Ayuda de Investigaci\u00f3n \u2013 Tem\u00e1tico;\u00a0Investigador responsable\u00a0<\/strong>Osvaldo Novais de Oliveira Junior (USP);\u00a0Inversi\u00f3n\u00a0<\/strong>R$ 14.050.528,68.
\n2.<\/strong>\u00a0Electrodos de alto rendimiento aplicados en bater\u00edas org\u00e1nicas y bioc\u00e9lulas de combustible (no<\/sup>19\/12053-8<\/a>);\u00a0Modalidad<\/strong>\u00a0Ayuda de Investigaci\u00f3n \u2013 Regular;\u00a0Investigador responsable<\/strong>\u00a0Frank Nelson Crespilho (USP);\u00a0Inversi\u00f3n\u00a0<\/strong>R$ 185.392,57.
\n3.<\/strong>\u00a0Pilas h\u00edbridas bio-foto-electroqu\u00edmicas para la conversi\u00f3n de energ\u00eda solar (no<\/sup>19\/15333-1<\/a>);\u00a0Modalidad<\/strong>\u00a0Ayuda de Investigaci\u00f3n \u2013 Regular;\u00a0Investigador responsable<\/strong>\u00a0Frank Nelson Crespilho (USP);\u00a0Inversi\u00f3n\u00a0<\/strong>R$ 154.168,10.
\n4.<\/strong>\u00a0Desarrollo de superficies de Van der Waals para su aplicaci\u00f3n en biodispositivos (no<\/sup>21\/05665-7<\/a>);\u00a0Modalidad\u00a0<\/strong>Becas en Brasil \u2013 Posdoctorado;\u00a0Investigador responsable<\/strong>\u00a0Frank Nelson Crespilho (USP);\u00a0Beneficiario<\/strong>\u00a0Rafael Neri Prystaj Colombo;\u00a0Inversi\u00f3n\u00a0<\/strong>R$ 221.490,30.
\n5.<\/strong>\u00a0Estudios\u00a0in situ<\/em>\u00a0y operacionales de metaloenzimas para la conversi\u00f3n de energ\u00eda y bioelectros\u00edntesis de combustibles (no<\/sup>20\/04796-8<\/a>);\u00a0Modalidad\u00a0<\/strong>Becas en Brasil \u2013 Posdoctorado;\u00a0Investigador responsable<\/strong>\u00a0Frank Nelson Crespilho (USP);\u00a0Beneficiaria\u00a0<\/strong>Graziela Sedenho;\u00a0Inversi\u00f3n\u00a0<\/strong>R$ 353.668,31.
\n6.<\/strong>\u00a0Bioelectros\u00edntesis de compuestos con valor agregado a partir de nitr\u00f3geno y di\u00f3xido de carbono atmosf\u00e9ricos (no<\/sup>20\/15098-0<\/a>);\u00a0Modalidad\u00a0<\/strong>Becas en Brasil \u2013 Doctorado;\u00a0Investigador responsable<\/strong>\u00a0Frank Nelson Crespilho (USP);\u00a0Beneficiaria\u00a0<\/strong>Jessica Pacheco;\u00a0Inversi\u00f3n\u00a0<\/strong>R$ 232.584,24.
\n7.<\/strong>\u00a0Microbaterias a partir de hidrogeles y mol\u00e9culas redox bioinspirados (no<\/sup>20\/03681-2<\/a>);\u00a0Modalidad\u00a0<\/strong>Becas en Brasil \u2013 Doctorado directo;\u00a0Investigador responsable<\/strong>\u00a0Frank Nelson Crespilho (USP);\u00a0Beneficiario<\/strong>\u00a0Tiago Bertaglia;\u00a0Inversi\u00f3n\u00a0<\/strong>R$ 217.444,50.<\/p>\n

Art\u00edculo cient\u00edfico
\n<\/strong>SEDENHO, G. C.\u00a0et al<\/em>.\u00a0Investigation of water splitting reaction by a multicopper oxidase through X-ray absorption nanospectroelectrochemistry<\/a>.\u00a0Advanced Energy Materials.<\/strong>\u00a017 oct. 2022.<\/p><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Un estudio realizado por la Universidad de S\u00e3o Paulo en el acelerador de part\u00edculas brasile\u00f1o Sirius esclarece la reacci\u00f3n de descomposici\u00f3n de mol\u00e9culas de agua con un nuevo biocatalizador","protected":false},"author":468,"featured_media":504787,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[192],"tags":[],"coauthors":[778],"class_list":["post-504782","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-tecnologia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/504782","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/468"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=504782"}],"version-history":[{"count":3,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/504782\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":504797,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/504782\/revisions\/504797"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media\/504787"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=504782"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=504782"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=504782"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=504782"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}