Exploration of novel materials in (bio)electrocatalysis: sensing in complex media and biocathodes for the CO2 reduction

Abstract

Las etapas de transferencia electrónica o transferencia de carga involucradas en reacciones electroquímicas juegan un papel muy importante en un gran número de procesos biológicos y bioquímicos. Hoy en día, el interés de la comunidad científica se centra en explorar y entender exhaustivamente la naturaleza biológica y química de los fenómenos bioelectroquímicos que ocurren en los seres vivos, con el objeto de mimetizarlos en el laboratorio. Los procesos bioelectrocatalíticos presentan un amplio abanico de aplicaciones dirigidas al: (i) desarrollo de biorreactores electroquímicos para la mitigación de las emisiones de gases de efecto invernadero, la eliminación de contaminantes presentes en aguas residuales y urbanas, o la síntesis de productos con alto valor añadido para la industria, (ii) el desarrollo de biopilas y biobaterías, y (iii) el desarrollo de (bio)sensores electroquímicos con fines analíticos. Sin embargo, la implantación en el mercado de dispositivos basados en procesos biocatalíticos aún se enfrenta a varios desafíos, como son la robustez, la estabilidad a largo plazo, la reproducibilidad y la rentabilidad de producción en términos de materiales y fabricación de los dispositivos electroquímicos. La motivación de esta tesis doctoral es la de enfrentarse a algunos de los desafíos con los que se encuentra hoy en día la bioelectrocatálisis, para ello esta tesis doctoral se centra, principalmente en el estudio de nuevos materiales y mejora de rutas y estrategias bioelectrocatalíticas, con la finalidad de desarrollar dispositivos electroquímicos con aplicaciones analíticas y en la obtención de productos de valor añadido. En primer lugar esta tesis doctoral recoge el estudio y desarrollo de (bio)sensores electroquímicos para la determinación de lactato, L-cisteína, peróxido de hidrógeno y pH en medios biológicos complejos, y en segundo lugar estudia la bioelectrosíntesis de ácido fórmico a través de la reducción bioelectroquímica de dióxido de carbono.