I ricercatori della Ruhr-Universität Bochum hanno scoperto perché i bioelettrodi contenenti il ​​fotosistema complesso di proteine ​​della fotosintesi I non sono stabili a lungo termine. Tali elettrodi potrebbero essere utili per convertire l'energia luminosa in energia chimica in modo ecologico. Però, le proteine, che sono di natura stabile, non sono funzionali nei sistemi semi-artificiali a lungo termine perché si formano molecole reattive che danneggiano il fotosistema I.

Il team attorno al dottor Fangyuan Zhao, Il dott. Felipe Conzuelo e il prof. dott. Wolfgang Schuhmann del Centro per le scienze elettrochimiche insieme ai colleghi della cattedra di biochimica vegetale di Bochum descrivono i risultati sulla rivista Comunicazioni sulla natura .

Tecnologia promettente:bioelettrodi

Felipe Conzuelo descrive il background del progetto di ricerca:"La società affronta la grande sfida di dover trovare modi più sostenibili per convertire e immagazzinare energia". Qui è importante comprendere i processi che attualmente limitano ancora la durata di tecniche promettenti. "Poiché questo è l'unico modo per sviluppare soluzioni stabili in futuro, " aggiunge Fangyuan Zhao.

Le tecniche promettenti includono elettrodi in cui il fotosistema I è incorporato in un polimero contenente osmio. Quando la proteina fotosintetica viene attivata dalla luce, può separare le cariche positive e negative in modo molto efficiente. Questo gradiente di carica può servire come fonte di energia, per così dire, e guidare ulteriori processi.

Le specie reattive dell'ossigeno limitano la durata

"Il fotosistema I non solo funziona in modo efficiente, ma si trova anche in natura in grandi quantità, che lo rende interessante per i sistemi semi-artificiali per la conversione dell'energia", spiega Felipe Conzuelo. Però, se il bioelettrodo opera in un ambiente contenente ossigeno, subisce danni a lungo termine.

Gli scienziati di Bochum hanno utilizzato la cosiddetta microscopia elettrochimica a scansione per osservare i processi sulla superficie dell'elettrodo. Su questa superficie, il fotosistema I è incorporato in un polimero contenente osmio. Hanno osservato quali molecole si formano sulla superficie dell'elettrodo quando è esposto alla luce. Per fare questo, hanno esposto il sistema a diverse concentrazioni di ossigeno.

È stato scoperto che l'irradiazione con la luce produce specie reattive dell'ossigeno e perossido di idrogeno, che può danneggiare il fotosistema I a lungo termine. "In base ai nostri risultati, sembra opportuno progettare bioelettrodi con fotosistema I in modo che possano operare in un ambiente privo di ossigeno", Conzuelo conclude.