Forskare vid Ruhr-Universität Bochum har upptäckt varför bioelektroder som innehåller fotosyntesproteinkomplexet fotosystem I inte är stabila på lång sikt. Sådana elektroder kan vara användbara för att omvandla ljusenergi till kemisk energi på ett miljövänligt sätt. Dock, proteinerna, som är stabila i naturen, är inte funktionella i halvkonstgjorda system på lång sikt eftersom reaktiva molekyler bildas som skadar fotosystemet I.

Teamet kring Dr Fangyuan Zhao, Dr Felipe Conzuelo och prof Dr Wolfgang Schuhmann från Center for Electrochemical Sciences tillsammans med kollegor från Bochum Chair of Plant Biochemistry beskriver resultaten i tidskriften Naturkommunikation .

Lovande teknik:Bioelektroder

Felipe Conzuelo beskriver bakgrunden till forskningsprojektet:"Samhället står inför den stora utmaningen att behöva hitta mer hållbara sätt att konvertera och lagra energi." Här är det viktigt att förstå de processer som för närvarande fortfarande begränsar lovande teknikers livslängd. "Eftersom detta är det enda sättet att utveckla stabila lösningar i framtiden, "Tillägger Fangyuan Zhao.

Lovande tekniker inkluderar elektroder där fotosystemet I är inbäddat i en osmiumhaltig polymer. När det fotosyntetiska proteinet aktiveras av ljus, det kan separera positiva och negativa laddningar mycket effektivt. Denna laddningsgradient kan fungera som energikälla, så att säga, och driva vidare processer.

Reaktiva syrearter begränsar livslängden

"Fotosystemet jag fungerar inte bara effektivt, men förekommer också i naturen i stora mängder, vilket gör det intressant för halvkonstgjorda system för energiomvandling ", förklarar Felipe Conzuelo. Dock, om bioelektroden fungerar i en syrehaltig miljö, det drabbas av skador på lång sikt.

Forskarna från Bochum använde så kallad skanningelektrokemisk mikroskopi för att observera processerna på elektrodytan. På denna yta, fotosystemet I är inbäddat i en osmiumhaltig polymer. De observerade vilka molekyler som bildas på elektrodytan när den utsätts för ljus. Att göra detta, de utsatte systemet för olika syrekoncentrationer.

Det visade sig att bestrålning med ljus producerade reaktiva syrearter och väteperoxid, vilket kan skada fotosystemet I på lång sikt. "Baserat på våra resultat, det verkar lämpligt att designa bioelektroder med fotosystem I så att de kan fungera i en syrefri miljö ", Avslutar Conzuelo.