Published April 21, 2023
| Version v1
Publication
Open
Biosynthesis, characterization and optimization of TiO2 nanoparticles by novel marine halophilic Halomonas sp. RAM2: application of natural dye-sensitized solar cells
Creators
- 1. National Institute of Oceanography and Fisheries
- 2. City of Scientific Research and Technological Applications
- 3. Alexandria University
Description
Abstract Background Metal oxide nanoparticles (NPs) are becoming valuable due to their novel applications. The green synthesis of TiO 2 NPs is more popular as a flexible and eco-friendly method compared to traditional chemical synthesis methods. TiO 2 NPs are the most commonly used semiconductor in dye-sensitized solar cells (DSSCs). Results The biogenic TiO 2 NPs were produced extracellularly by the marine halophilic bacterium Halomonas sp. RAM2. Response surface methodology (RSM) was used to optimize the biosynthesis process, resulting in a starting TiO 2 concentration of 0.031 M and a pH of 5 for 92 min (⁓15 nm). TiO 2 NPs were well-characterized after the calcination process at different temperatures of 500, 600, 700 and 800 °C. Anatase TiO 2 NPs (calcined at 500 °C) with a smaller surface area and a wider bandgap were nominated for use in natural dye-sensitized solar cells (NDSSCs). The natural dye used as a photosensitizer is a mixture of three carotenoids extracted from the marine bacterium Kocuria sp. RAM1. NDSSCs were evaluated under standard illumination. After optimization of the counter electrode, NDSSC Bio(10) (10 layers) demonstrated the highest photoelectric conversion efficiency (η) of 0.44%, which was almost as good as NDSSC P25 (0.55%). Conclusion The obtained results confirmed the successful green synthesis of TiO 2 NPs and suggested a novel use in combination with bacterial carotenoids in DSSC fabrication, which represents an initial step for further efficiency enhancement studies.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
خلفية مجردة أصبحت الجسيمات النانوية لأكسيد الفلزات (NPs) ذات قيمة بسبب تطبيقاتها الجديدة. يعتبر التوليف الأخضر لـ TiO 2 NPs أكثر شيوعًا كطريقة مرنة وصديقة للبيئة مقارنة بطرق التوليف الكيميائي التقليدية. TiO 2 NPs هي أشباه الموصلات الأكثر استخدامًا في الخلايا الشمسية المحسسة للصبغة (DSSCs). النتائج تم إنتاج TiO 2 NPs الحيوية خارج الخلية بواسطة البكتيريا البحرية الهالوفيلية Halomonas sp. RAM2. تم استخدام منهجية سطح الاستجابة (RSM) لتحسين عملية التخليق الحيوي، مما أدى إلى بدء تركيز TiO 2 عند 0.031 م ودرجة الحموضة 5 لمدة 92 دقيقة (15 نانومتر). تم توصيف TiO 2 NPs جيدًا بعد عملية التكليس عند درجات حرارة مختلفة تبلغ 500 و 600 و 700 و 800 درجة مئوية. تم ترشيح Anatase TiO 2 NPs (المكلس عند 500 درجة مئوية) بمساحة سطح أصغر وفجوة نطاق أوسع للاستخدام في الخلايا الشمسية المحسسة للصبغة الطبيعية (NDSSCs). الصبغة الطبيعية المستخدمة كمحسس ضوئي هي خليط من ثلاثة كاروتينات مستخرجة من البكتيريا البحرية Kocuria sp. RAM1. تم تقييم NDSSCs تحت الإضاءة القياسية. بعد تحسين القطب العكسي، أظهرت NDSSC Bio(10) (10 طبقات) أعلى كفاءة تحويل كهروضوئية (η) بنسبة 0.44 ٪، والتي كانت جيدة تقريبًا مثل NDSSC P25 (0.55 ٪). أكدت النتائج التي تم الحصول عليها التوليف الأخضر الناجح لـ TiO 2 NPs واقترحت استخدامًا جديدًا مع الكاروتينات البكتيرية في تصنيع DSSC، والذي يمثل خطوة أولية لمزيد من دراسات تعزيز الكفاءة.Translated Description (French)
Résumé Contexte Les nanoparticules d'oxyde métallique (NP) deviennent précieuses en raison de leurs nouvelles applications. La synthèse verte des NP de TiO 2 est plus populaire en tant que méthode flexible et respectueuse de l'environnement par rapport aux méthodes de synthèse chimique traditionnelles. Les NP de TiO 2 sont le semi-conducteur le plus couramment utilisé dans les cellules solaires sensibilisées aux colorants (DSSC). Résultats Les NP de TiO 2 biogènes ont été produites extracellulairement par la bactérie halophile marine Halomonas sp. RAM2. La méthodologie de surface de réponse (RSM) a été utilisée pour optimiser le processus de biosynthèse, résultant en une concentration initiale de TiO 2 de 0,031 M et un pH de 5 pendant 92 min (15 nm). Les NP de TiO 2 ont été bien caractérisés après le processus de calcination à différentes températures de 500, 600, 700 et 800 °C. Les NP d'anatase TiO 2 (calcinés à 500 °C) avec une surface plus petite et une bande interdite plus large ont été désignés pour une utilisation dans les cellules solaires sensibilisées aux colorants naturels (NDSSC). Le colorant naturel utilisé comme photosensibilisant est un mélange de trois caroténoïdes extraits de la bactérie marine Kocuria sp. RAM1. Les NDSSC ont été évalués sous éclairage standard. Après optimisation de la contre-électrode, NDSSC Bio(10) (10 couches) a démontré le plus haut rendement de conversion photoélectrique (η) de 0,44%, qui était presque aussi bon que NDSSC P25 (0,55%). Conclusion Les résultats obtenus ont confirmé la synthèse verte réussie des NP de TiO 2 et ont suggéré une nouvelle utilisation en combinaison avec des caroténoïdes bactériens dans la fabrication de DSSC, ce qui représente une première étape pour d'autres études d'amélioration de l'efficacité.Translated Description (Spanish)
Antecedentes Las nanopartículas de óxido metálico (NP) se están volviendo valiosas debido a sus nuevas aplicaciones. La síntesis verde de tio 2 NP es más popular como un método flexible y ecológico en comparación con los métodos tradicionales de síntesis química. Los NP de tio 2 son los semiconductores más utilizados en las células solares sensibilizadas por colorantes (DSSC). Resultados Los NP biogénicos de Tío 2 fueron producidos extracelularmente por la bacteria halófila marina Halomonas sp. RAM2. Se utilizó la metodología de superficie de respuesta (RSM) para optimizar el proceso de biosíntesis, lo que resultó en una concentración inicial de Tío 2 de 0,031 M y un pH de 5 durante 92 min (15 nm). Las NP de Tío 2 se caracterizaron bien después del proceso de calcinación a diferentes temperaturas de 500, 600, 700 y 800 °C. Las NP de anatasa Tío 2 (calcinadas a 500 °C) con un área de superficie más pequeña y una banda prohibida más ancha se nominaron para su uso en células solares sensibilizadas con colorantes naturales (NDSSC). El colorante natural utilizado como fotosensibilizador es una mezcla de tres carotenoides extraídos de la bacteria marina Kocuria sp. RAM1. Los NDSSC se evaluaron bajo iluminación estándar. Después de la optimización del contraelectrodo, NDSSC Bio(10) (10 capas) demostró la mayor eficiencia de conversión fotoeléctrica (η) de 0.44%, que fue casi tan buena como NDSSC P25 (0.55%). Conclusión Los resultados obtenidos confirmaron la síntesis verde exitosa de NP de Tío 2 y sugirieron un uso novedoso en combinación con carotenoides bacterianos en la fabricación de DSSC, lo que representa un paso inicial para estudios adicionales de mejora de la eficiencia.Files
s12934-023-02093-3.pdf
Files
(4.7 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:cdef9803905e5fe9c6178b94b28abdc3
|
4.7 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- التخليق الحيوي وتوصيف وتحسين جسيمات TiO2 النانوية بواسطة الهالوموناس البحري الجديد. RAM2: تطبيق الخلايا الشمسية المحسسة للصبغة الطبيعية
- Translated title (French)
- Biosynthèse, caractérisation et optimisation des nanoparticules de TiO2 par le nouveau halophile marin Halomonas sp. RAM2 : application de cellules solaires sensibilisées aux colorants naturels
- Translated title (Spanish)
- Biosíntesis, caracterización y optimización de nanopartículas de TiO2 por novedosas Halomonas sp halófilas marinas. RAM2: aplicación de células solares sensibilizadas con colorantes naturales
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4366722957
- DOI
- 10.1186/s12934-023-02093-3
References
- https://openalex.org/W1971508667
- https://openalex.org/W1971637512
- https://openalex.org/W1976827948
- https://openalex.org/W1980216394
- https://openalex.org/W1984379958
- https://openalex.org/W2003991717
- https://openalex.org/W2011254969
- https://openalex.org/W2012987447
- https://openalex.org/W2016243996
- https://openalex.org/W2019628768
- https://openalex.org/W2019978659
- https://openalex.org/W2022188032
- https://openalex.org/W2034790534
- https://openalex.org/W2040875144
- https://openalex.org/W2045802107
- https://openalex.org/W2050041941
- https://openalex.org/W2066104796
- https://openalex.org/W2067184406
- https://openalex.org/W2069343417
- https://openalex.org/W2077407390
- https://openalex.org/W2089543428
- https://openalex.org/W2095224262
- https://openalex.org/W2114594377
- https://openalex.org/W2142542290
- https://openalex.org/W2146341019
- https://openalex.org/W2150154937
- https://openalex.org/W2152207030
- https://openalex.org/W2155089508
- https://openalex.org/W2156682428
- https://openalex.org/W2311203695
- https://openalex.org/W2312199777
- https://openalex.org/W2345672206
- https://openalex.org/W2471940315
- https://openalex.org/W2580613951
- https://openalex.org/W2583789965
- https://openalex.org/W2591443963
- https://openalex.org/W2607967845
- https://openalex.org/W2612555840
- https://openalex.org/W2616607051
- https://openalex.org/W2766007387
- https://openalex.org/W2834895666
- https://openalex.org/W2902556766
- https://openalex.org/W2912868485
- https://openalex.org/W2915583248
- https://openalex.org/W2916833129
- https://openalex.org/W2923384506
- https://openalex.org/W2951495607
- https://openalex.org/W2988255302
- https://openalex.org/W3000602309
- https://openalex.org/W3009271389
- https://openalex.org/W3012729345
- https://openalex.org/W3034782351
- https://openalex.org/W3035640656
- https://openalex.org/W3092573384
- https://openalex.org/W3093295390
- https://openalex.org/W3094023518
- https://openalex.org/W3094359839
- https://openalex.org/W3097428939
- https://openalex.org/W3104626993
- https://openalex.org/W3110318829
- https://openalex.org/W3119016163
- https://openalex.org/W3119442618
- https://openalex.org/W3133853410
- https://openalex.org/W3136439096
- https://openalex.org/W3151901732
- https://openalex.org/W3158905961
- https://openalex.org/W3180750978
- https://openalex.org/W3194013533
- https://openalex.org/W3198406576
- https://openalex.org/W4200601523
- https://openalex.org/W4205818685
- https://openalex.org/W4213030251
- https://openalex.org/W4229456570
- https://openalex.org/W4242186041
- https://openalex.org/W4251751280
- https://openalex.org/W4285285412
- https://openalex.org/W4293574965
- https://openalex.org/W4307844065
- https://openalex.org/W4361867716
- https://openalex.org/W452465010