Light-powered bioelectrochemical conversion of CO2 for the synthesis of value-added chemicals based on gas-diffusion electrodes and enzyme cascades

Die elektrochemische CO2-Fixierung ist zu einem der wichtigsten Forschungsgebiete im Bereich der Elektrokatalyse und Energieumwandlung geworden. Trotz verschiedener Verbesserungen in Bezug auf die Katalysatoraktivität und die Minimierung der Überspannungen ist die Selektivität dieser anorganischen Katalysatoren eher gering, und in der Regel entstehen Gemische verschiedener Produkte, die in zeit- und energieaufwändigen komplexen Schritten getrennt werden müssen. Die Natur stellt hochaktive und selektive Bio(elektro)katalysatoren, d.h. (Redox)enzyme, zur Verfügung, die über Milliarden von Jahren entwickelt und optimiert wurden. Das Hauptziel dieses Projekts besteht darin, die Fähigkeit dieser enzymatischen Umwandlung für ein neuartiges lichtbetriebenes System zu nutzen, das auf einer Kombination von Biokatalysatoren basiert, die durch Redox-Ploymere mit den Elektroden verbunden sind, und zwar durch gleichzeitige Anwendung von Gasdiffusion und Elektroden mit großer Oberfläche, um den Massentransport und die Katalysatorladung zu verbessern. Die Verwendung von Enzymkaskaden, die eine hohe Selektivität und eine gezielte Produktbildung gewährleisten, sowie die Verwendung von H2O als Elektronenquelle machen dieses System einzigartig und werden einen Durchbruch bei der Entwicklung neuer Solar-Chemie-Geräte darstellen.

Publikationen

Becker JM, Lielpetere A, Szczesny J, Junqueira JRC, Rodriguez-Macia P, Birell JA, Conzuelo F, Schuhmann W (2022) Bioelectrocatalytic CO2 Reduction by Redox Polymer-Wired Carbon Monoxide Dehydrogenase Gas Diffusion Electrodes. ACS Appl. Mater. Interfaces, 14, 46421−46426.

Becker JM, Lielpetere A, Szczesny J, Bichon S, Gounel S, Mano N, Schuhmann W (2022) Wiring of bilirubin oxidases with redox polymers on gas diffusion electrodes for increased stability ofself-powered biofuel cells-based glucose sensing. Bioelectrochemistry 149, 108314.

Becker JM, Lielpetere A, Szczesny J, Ruff A, Conzuelo F, Schuhmann W (2022) Assembling a Low-volume Biofuel Cell on a Screen-printed Electrode for Glucose Sensing. Electroanalysis,34, 1629–1637.

Partner

RUB

Ruhr University Bochum
Analytical Chemistry – Center for Electrochemical Sciences
Group Electroanalytics and Sensors

RUB

Ruhr University Bochum
Analytical Chemistry – Center for Electrochemical Sciences
Group Local (photo)bio-electrochemistry

Mitarbeitende

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Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann

Ruhr University Bochum
Analytical Chemistry – Center for Electrochemical Sciences
Group Electroanalytics and Sensors

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Dr. Felipe Conzuelo

Ruhr University Bochum
Analytical Chemistry – Center for Electrochemical Sciences
Group Local (photo)bio-electrochemistry

Weitere Projekte