Projektbeschreibung
Den Elektronentransfer in enzymatischen Brennstoffzellen optimieren
Enzymatische Biobrennstoffzellen sind ein hervorragendes Beispiel für eine sich schnell entwickelnde Technologie zur Stromerzeugung, die bioelektrochemische Systeme genannt wird. Eine Herausforderung, die zu meistern ist, bevor bioelektrochemische Systeme kommerzialisiert werden können, besteht darin, den Elektronentransfer zwischen den Elektroden und den Enzymen, die um sie herum wachsen, zu optimieren. Dazu möchte das EU-finanzierte Projekt STOCHELEC Elektroden auf der Basis von Kohlenstoff‐Nanopunkten synthetisieren; solche Nanostrukturen können bei der Herstellung an das Energieniveau redoxaktiver Enzyme angepasst werden und deren Haltbarkeit und Effizienz steigern. Eine Optimierung der elektronischen Kopplung zwischen der Elektrodenoberfläche und den Enzymkatalysatoren wird zu einer erhöhten Stromproduktion führen.
Ziel
Bio-electrochemical sciences are essential for the development of biosensor and biofuels cells. The precise nano-structuration of conductive materials with electro-active enzymes allows the reversible transduction of electrical energy to chemical energy via direct electron transfer (DET). The operational stability of bio-electrocatalytic systems is limited by the constant and strong electrical field building-up at the interface. The electrode polarisation generates a strong and static electrical field rigidifying the interfacial electronic double layer, often preventing free enzymes’ dynamics and leading to an enzymes’ loss of activity due to the destruction of their active 3D structure. Customized electrical polarisation patterns have the potential to enhance both electro-enzyme stability and efficiency. Biological electronic transfers processes being non-linear, it is expected that electrical stochastic signal excitation can greatly influence the electron transfer process at a bio-electrode.
This proposal focusses on gaining new knowledge about the electronic stochastic and unambiguous stimulation of bio-electrodes for catalytic and analytical purposes. The first objective is to synthesize nanostructured carbon nano-dots (C-dots) electrodes for the immobilisation of redox enzymes. C-dots possess a so-called trap-state; an energetic level that can be engineered to match biological redox cofactor potentials and thus enhance electronic coupling between the electrode and redox active enzymes. The second aim is to investigate pulsed and alternative current polarisation for enhancing bio-electrocatalysts efficiency and electro enzymes’ stability with non-ambiguous electrical waveform. The third aim of this proposal is to develop a novel electro-analytical technique relying on the Fourier transform analysis of chronoamperometry signals stimulated by a stochastic signal polarisation of bio-electrodes (FTSC).
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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