Der neueste Trend bei der Verarbeitung von Batteriematerialien ist die Verwendung von Biomineralisierungsprozessen, um unter Umgebungsbedingungen kontrollierte Nanoarchitekturverbindungen aufzubauen [Ryu, J. et al.
(2010)]. Bei der biomimetischen Chemie werden tatsächliche biomolekulare Einheiten wie Proteine, Bakterien und Viren genutzt, um entweder als Wachstumsmedium oder als räumlich begrenzter Nanoreaktor für die Erzeugung von Nanopartikeln zu fungieren. Biosysteme verfügen über die inhärenten Fähigkeiten zur molekularen Erkennung und Selbstorganisation und sind daher eine attraktive Vorlage für den Aufbau und die Organisation der Nanostruktur. Ryu et al. synthetisierte nanostrukturiertes Übergangsmetallphosphat durch biomimetische Mineralisierung von Peptid-Nanofasern (Abbildung 11).
Peptide, die sich selbst zu Nanofasern zusammenfügen, die zahlreiche saure und polare Einheiten auf ihrer Oberfläche aufweisen und durch aufeinanderfolgende Behandlung mit wässrigen Lösungen, die Übergangsmetallkationen und Phosphatanionen enthalten, leicht mit Übergangsmetallphosphat mineralisiert werden.
FePO4-mineralisierte Peptid-Nanofasern wurden bei 350 °C thermisch behandelt, um FePO4-Nanoröhren herzustellen, deren Innenwände durch Karbonisierung des Peptidkerns mit einer dünnen Schicht aus leitfähigem Kohlenstoff beschichtet waren. Die gebildeten kohlenstoffbeschichteten FePO4-Nanoröhren zeigten eine hohe reversible Kapazität (150 mAh·g-1 bei C/17) und eine gute Kapazitätserhaltung während des Zyklierens.
Schematische Darstellung der Synthese von FePO4-Nanoröhren durch Wärmebehandlung von Peptid/FePO4-Hybrid-Nanofasern; und b) Transmissionsmikroskopaufnahme von röhrenförmigen Strukturen. [Reproduziert von Ryu et al. (2010)].
Das Bakterium Bacillus pasteurii wird in großem Umfang zur Ausfällung von Calcit eingesetzt und kann durch Harnstoffhydrolyse ein Grundmedium erzeugen, das das Wachstum von LiFePO4-Nanofilamenten bei 65 °C unterstützt. Bierhefe wurde auch als biomimetische Matrize beschrieben, die zur Herstellung von LiFePO4 mit verstärkter Wirkung verwendet wurde Oberfläche und Leitfähigkeit [Li, P. et al. (2009)].
Es wurde auch berichtet, dass gentechnisch veränderte Viren als Matrizen für die Synthese verschiedener Elektrodenmaterialien dienen [Mao, Y. et al. (2007)], wie etwa Gold-Kobaltoxid-Nanodrähte, die aus Nanokristallen mit einem Durchmesser von 2–3 nm bestanden, die mit dem modifizierten Bakterium M13-Virus hergestellt wurden, mit verbesserter Kapazitätserhaltung [Tam, KT et al. (2006)]. Das Tabakmosaikvirus wurde auch als Vorlage für die Synthese von Nickel- und Kobaltoberflächen verwendet. Dieses Virus wurde gentechnisch verändert, um einen neuartigen Cysteinrest des Hüllproteins zu exprimieren und Viruspartikel über Gold-Thiol-Wechselwirkungen vertikal in Goldoberflächen zu strukturieren. Goldgestützte, vertikal ausgerichtete Virionpartikel dienten als vertikale Vorlagen für die reduktive Abscheidung von Ni und Co bei Raumtemperatur durch stromlose Abscheidung und erzeugten so Elektroden mit großer Oberfläche [Royston, E. et al. (2008)].
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