Hvorfor bioelektroder til energiomdannelse ikke er stabile

Forskere ved Ruhr-Universität Bochum har opdaget, hvorfor bioelektroder, der indeholder fotosynteseproteinkomplekset fotosystem I, ikke er stabile på lang sigt. Sådanne elektroder kunne være nyttige til at omdanne lysenergi til kemisk energi på en miljøvenlig måde. Imidlertid, proteinerne, som er stabile i naturen, er ikke funktionelle i semi-kunstige systemer på længere sigt, fordi der dannes reaktive molekyler, der beskadiger fotosystemet I.

Holdet omkring Dr Fangyuan Zhao, Dr. Felipe Conzuelo og prof. dr. Wolfgang Schuhmann fra Center for Elektrokemiske Videnskaber beskriver sammen med kolleger fra Bochum Chair of Plant Biochemistry resultaterne i tidsskriftet Naturkommunikation .

Lovende teknologi:Bioelektroder

Felipe Conzuelo beskriver baggrunden for forskningsprojektet:"Samfundet står over for den store udfordring at skulle finde mere bæredygtige måder at omsætte og lagre energi på." Her er det vigtigt at forstå de processer, der i øjeblikket stadig begrænser levetiden for lovende teknikker. "Fordi dette er den eneste måde at udvikle stabile løsninger i fremtiden, " tilføjer Fangyuan Zhao.

Lovende teknikker omfatter elektroder, hvor fotosystemet I er indlejret i en osmiumholdig polymer. Når det fotosyntetiske protein aktiveres af lys, det kan adskille positive og negative ladninger meget effektivt. Denne ladningsgradient kan tjene som en energikilde, så at sige, og drive videre processer.

Reaktive oxygenarter begrænser levetiden

"Fotosystemet I fungerer ikke kun effektivt, men forekommer også i naturen i store mængder, hvilket gør det interessant for semi-kunstige systemer til energiomdannelse", forklarer Felipe Conzuelo. Imidlertid, hvis bioelektroden fungerer i et iltholdigt miljø, det lider skade på lang sigt.

Forskerne fra Bochum brugte såkaldt scanning elektrokemisk mikroskopi til at observere processerne på elektrodeoverfladen. På denne overflade, fotosystemet I er indlejret i en osmiumholdig polymer. De observerede, hvilke molekyler der dannes på elektrodeoverfladen, når den udsættes for lys. At gøre dette, de udsatte systemet for forskellige iltkoncentrationer.

Det blev fundet, at bestråling med lys producerede reaktive oxygenarter og hydrogenperoxid, hvilket kan skade fotosystemet I på længere sigt. "Baseret på vores resultater, det synes tilrådeligt at designe bioelektroder med fotosystem I, så de kan fungere i et iltfrit miljø", Conzuelo afslutter.