Wolfgang Schuhmann, Fangyuan Zhao, Adrian Ruff und Felipe Conzuelo (von links) sorgen für langlebige Bioelektroden. © RUB, Marquard

Chemie Längeres Leben für Bioelektroden

Der Schlüssel zu einer langen Lebensdauer für Bioelektroden, die Sonnenlicht in Strom umwandeln, liegt in einer sauerstofffreien Umgebung.

Proteine, die an der Fotosynthese beteiligt sind, lassen sich nutzen, um kostengünstig und effizient Strom aus Sonnenenergie herzustellen. Doch obwohl diese Proteine wie das Photosystem I von Natur aus robust sind, ist die Lebensdauer isolierter Proteinkomplexe in halbkünstlichen Elektroden deutlich kürzer. Deswegen ist die technologische Anwendung solcher Bioelektroden noch begrenzt. Ein Forscherteam der Ruhr-Universität Bochum (RUB) hat jetzt gezeigt, dass der Betrieb in sauerstofffreier Umgebung die Lebensdauer der Bioelektrode deutlich verlängert.

Das Team um Dr. Fangyuan Zhao, Dr. Adrian Ruff, Dr. Felipe Conzuelo und Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann vom Zentrum für Elektrochemie sowie Prof. Dr. Matthias Rögner vom Lehrstuhl für Pflanzenbiochemie berichtet im „Journal of the American Chemical Society“.

Grüne Energie nutzen

„Um nachhaltig und effizient Energie zu erzeugen, müssen wir die Prozesse, die die Lebensdauer von Technologien zur Umwandlung erneuerbarer Energien begrenzen, nicht nur verstehen, sondern auch überwinden“, sagt Wolfgang Schuhmann. Der Einsatz von Proteinkomplexen, die an der Photosynthese von Pflanzen beteiligt sind, ist dabei von besonderem Interesse. Zum einen setzen diese Proteine sehr effizient solare in elektrische Energie um, zum anderen sind sie in großem Maßstab in der Natur verfügbar.

Sauerstoff ist schuld

Die Forscher haben bereits in vorangegangenen Arbeiten gezeigt, dass beim Betrieb der Bioelektrode reaktive Moleküle entstehen, die das Photosystem I schädigen und für die begrenzte Lebensdauer der Bioelektrode verantwortlich sind. Diese reaktiven Spezies entstehen durch Sauerstoff, der als Elektronenakzeptor fungiert. „Daher haben wir das Design von Bioelektroden vorgeschlagen, die in einer sauerstofffreien Umgebung arbeiten“, erklärt Felipe Conzuelo.

Schritt zur Anwendung

Tests haben nun belegt, dass sich die Lebensdauer der Bioelektroden unter Ausschluss von Sauerstoff gegenüber dem Betrieb unter dem Einfluss von Sauerstoff deutlich erhöht. „Wir haben damit einen wichtigen Schritt zur effizienten Entwicklung und späteren Anwendung von Photobioelektroden zur Energieumwandlung gemacht“, so Fangyuan Zhao.

Förderung

Die Arbeiten wurden unterstützt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Exzellenzclusters Resolv (EXC 2033 Projektnummer 390677874) sowie der deutsch-israelischen Projektkooperation im Projekt „Nanoengineered optoelectronics with biomaterials and bioinspired assemblies“.

Originalveröffentlichung

Fangyuan Zhao, Adrian Ruff, Matthias Rögner, Wolfgang Schuhmann, Felipe Conzuelo: Extended operational lifetime of a photosystem-based bioelectrode, in: Journal of the American Chemical Society, 2019, DOI: 10.1021/jacs.8b13869

Pressekontakt

Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann
Analytische Chemie
Zentrum für Elektrochemie
Fakultät für Chemie und Biochemie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: 0234 32 26200
E-Mail: wolfgang.schuhmann@rub.de

Dr. Felipe Conzuelo
Analytische Chemie
Zentrum für Elektrochemie
Fakultät für Chemie und Biochemie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: 0234 32 25474
E-Mail: felipe.conzuelo@rub.de

Download hochauflösender Bilder
Der Download der gewählten Bilder erfolgt als ZIP-Datei. Bildzeilen und Bildnachweise finden Sie nach dem Entpacken in der enthaltenen HTML-Datei.
Nutzungsbedingungen
Die Verwendung der Bilder ist unter Angabe des entsprechenden Copyrights für die Presse honorarfrei. Die Bilder dürfen ausschließlich für eine Berichterstattung mit Bezug zur Ruhr-Universität Bochum verwendet werden, die sich ausschließlich auf die Inhalte des Artikels bezieht, der den Link zum Bilderdownload enthält. Mit dem Download erhalten Sie ein einfaches Nutzungsrecht zur einmaligen Berichterstattung. Eine weitergehende Bearbeitung, die über das Anpassen an das jeweilige Layout hinausgeht, oder eine Speicherung der Bilder für weitere Zwecke, erfordert eine Erweiterung des Nutzungsrechts. Sollten Sie die Fotos daher auf andere Weise verwenden wollen, kontaktieren Sie bitte redaktion@ruhr-uni-bochum.de

Veröffentlicht

Freitag
26. April 2019
08:48 Uhr

Von

Meike Drießen

Teilen