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-Polymere 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, 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. https://doi.org/10.1002/elan.202200084

Zhao F, Brix AC, Lielpetere A, Schuhmann W, Conzuelo F (2022) On the mediated electron transfer of immobilized galactose oxidase for biotechnological applications. Chemistry–A European Journal. 2022 May 25;28(30):e202200868. https://doi.org/10.1002/chem.202200868

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. https://doi.org/10.1021/acsami.2c09547

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 of self-powered biofuel cells-based glucose sensing. Bioelectrochemistry, 149. https://doi.org/10.1016/j.bioelechem.2022.108314

Partner

RUB

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

ITQB-NOVA
Instituto de Tecnologia Química e Biológica António Xavier
Universidade NOVA de Lisboa
Bioelectrochemistry and Electrobiotechnology Lab

Mitarbeitende

Prof. Dr. Wolfgang Schuhmann

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

Dr. Felipe Conzuelo

ITQB-NOVA
Instituto de Tecnologia Química e Biológica António Xavier
Universidade NOVA de Lisboa
Bioelectrochemistry and Electrobiotechnology Lab

Jana M. Becker

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

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