Onderzoekers van de Ruhr-Universität Bochum hebben ontdekt waarom bio-elektroden met het fotosynthese-eiwitcomplex fotosysteem I op de lange termijn niet stabiel zijn. Dergelijke elektroden kunnen nuttig zijn om lichtenergie op een milieuvriendelijke manier om te zetten in chemische energie. Echter, de eiwitten, die stabiel van aard zijn, zijn op lange termijn niet functioneel in semi-kunstmatige systemen omdat er reactieve moleculen worden gevormd die het fotosysteem I beschadigen.

Het team rond Dr. Fangyuan Zhao, Dr. Felipe Conzuelo en Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann van het Center for Electrochemical Sciences beschrijven samen met collega's van de Bochum Chair of Plant Biochemistry de resultaten in het tijdschrift Natuurcommunicatie .

Veelbelovende technologie:bio-elektroden

Felipe Conzuelo beschrijft de achtergrond van het onderzoeksproject:"De samenleving staat voor de grote uitdaging om duurzamere manieren te vinden om energie om te zetten en op te slaan." Hier is het belangrijk om de processen te begrijpen die momenteel nog de levensduur van veelbelovende technieken beperken. "Omdat dit de enige manier is om in de toekomst stabiele oplossingen te ontwikkelen, " voegt Fangyuan Zhao toe.

Veelbelovende technieken zijn onder meer elektroden waarin het fotosysteem I is ingebed in een osmiumhoudend polymeer. Wanneer het fotosynthetische eiwit wordt geactiveerd door licht, het kan positieve en negatieve ladingen zeer efficiënt scheiden. Deze ladingsgradiënt kan dienen als energiebron, bij wijze van spreken, en aansturen van verdere processen.

Reactieve zuurstofsoorten beperken levensduur

"Het fotosysteem I werkt niet alleen efficiënt, maar komt ook in grote hoeveelheden voor in de natuur, wat het interessant maakt voor semi-kunstmatige systemen voor energieconversie", legt Felipe Conzuelo uit. Echter, als de bio-elektrode werkt in een zuurstofhoudende omgeving, het lijdt schade op de lange termijn.

De wetenschappers uit Bochum gebruikten zogenaamde scanning elektrochemische microscopie om de processen op het elektrodeoppervlak te observeren. Op dit oppervlak, het fotosysteem I is ingebed in een osmiumhoudend polymeer. Ze observeerden welke moleculen op het elektrodeoppervlak worden gevormd als het wordt blootgesteld aan licht. Om dit te doen, ze stelden het systeem bloot aan verschillende zuurstofconcentraties.

Het bleek dat bestraling met licht reactieve zuurstofverbindingen en waterstofperoxide produceerde, die het fotosysteem I op lange termijn kunnen beschadigen. "Op basis van onze resultaten het lijkt raadzaam om bio-elektroden met fotosysteem I zo te ontwerpen dat ze in een zuurstofvrije omgeving kunnen werken", Conzuelo besluit.