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    Nuovo strato di conversione dell'energia per le celle biosolari

    Un bioelettrodo con il complesso proteico Photosystem I sotto irraggiamento con luce rossa per la misurazione della risposta della fotocorrente. Credito: Felipe Conzuelo

    Un gruppo di ricerca della Ruhr-Universität Bochum (RUB), insieme ai colleghi di Lisbona, ha prodotto un elettrodo semi-artificiale che potrebbe convertire l'energia luminosa in altre forme di energia nelle celle biosolari. La tecnica si basa sulla proteina fotosintetica Photosystem I dei cianobatteri. Il gruppo ha dimostrato di poter accoppiare il proprio sistema con un enzima che utilizzava l'energia luminosa convertita per produrre idrogeno. I risultati sono stati pubblicati online in anticipo nell'ottobre 2020 sulla rivista Angewandte Chemie .

    Per il lavoro, il gruppo RUB composto da Panpan Wang, Dottor Fangyuan Zhao, Dott. Julian Szczesny, Dott. Adrian Ruff, Il Dr. Felipe Conzuelo e il Professor Wolfgang Schuhmann del Centro di Elettrochimica hanno collaborato con il team composto da Anna Frank, Il professor Marc Nowaczyk e il professor Matthias Rögner della cattedra di biochimica delle piante, nonché i colleghi dell'Universidade Nova de Lisboa.

    Pericolo di cortocircuito

    Il fotosistema I fa parte del macchinario della fotosintesi nei cianobatteri e nelle piante. Con l'aiuto dell'energia luminosa, può separare le cariche e quindi generare elettroni ad alta energia che possono essere trasferiti ad altre molecole, ad esempio ai protoni per la produzione di idrogeno.

    In lavori precedenti, gli scienziati di Bochum avevano già utilizzato il fotosistema complesso I di proteine ​​che raccoglie la luce per progettare elettrodi per cellule biosolari. Per questo scopo, hanno coperto un elettrodo con un monostrato di fotosistema I. In tali monostrati, i fotosistemi non sono impilati uno sopra l'altro, ma giacciono fianco a fianco sullo stesso piano. Fotosistema I, però, di solito si verifica come trimero, cioè tre fotosistemi sono sempre collegati tra loro. Poiché i trimeri non possono essere imballati vicini, compaiono buchi nel monostrato, che può portare a cortocircuiti. Ciò compromette le prestazioni del sistema. È stato proprio questo problema che gli scienziati hanno risolto nel presente lavoro.

    Fori nel livello del fotosistema otturati

    Nel cianobatterio Thermosynechococcus elongatus, il fotosistema I esiste principalmente come trimero. Utilizzando una nuova tecnica di estrazione, i ricercatori sono stati in grado di isolare ulteriormente i monomeri dall'organismo, creando un monostrato di fotosistema I sull'elettrodo in cui i monomeri riempivano i fori tra i trimeri. In questo modo, hanno ridotto gli effetti del cortocircuito. Il sistema ha raggiunto densità di corrente doppie rispetto a un sistema costituito solo da trimeri.

    Per mostrare per cosa potrebbe essere utilizzata in linea di principio la tecnica, gli scienziati lo hanno accoppiato a un enzima idrogenasi che ha prodotto idrogeno utilizzando gli elettroni forniti dal fotosistema. "Il lavoro futuro sarà diretto verso un accoppiamento ancora più efficiente tra il monostrato del fotosistema e i biocatalizzatori integrati per realizzare biosistemi pratici per la conversione dell'energia solare, " scrivono gli autori.


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