Các nhà nghiên cứu tại trường Đại học Ruhr Bochum, Đức đã tìm ra nguyên nhân khiến cho các điện cực sinh học chứa hệ thống quang phức hợp protein quang hợp I (photosynthesis protein complex photosystem I) không ổn định về lâu dài. Các điện cực này hữu ích cho việc chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học theo cách thân thiện với môi trường.
Tuy nhiên, các protein ổn định trong tự nhiên lại không hoạt động trong các hệ thống bán nhân tạo về lâu dài vì các phân tử phản ứng được hình thành làm hỏng hệ thống quang I.
Nhóm nghiên cứu bao gồm TS. Fangyuan Zhao, TS. Felipe Conzuelo và GS.TS. Wolfgang Schuhmann thuộc Trung tâm Khoa học điện hóa cùng với các cộng sự tại trường Đại học Ruhr Bochum, đã mô tả các kết quả nghiên cứu trên tạp chí Nature Communications.
Công nghệ đầy hứa hẹn: Điện cực sinh học
- Felipe Conzuelo đã mô tả nền tảng của dự án nghiên cứu: “Xã hội phải đối mặt với thách thức to lớn trong việc tìm kiếm những phương pháp bền vững hơn để chuyển đổi và lưu trữ năng lượng bền vững“. Ở đây, điều quan trọng là phải hiểu các quy trình hiện vẫn hạn chế các kỹ thuật triển vọng. Theo TS. Fangyuan Zhao, “vì đây là cách duy nhất để triển khai các giải pháp ổn định trong tương lai“.
Các kỹ thuật triển vọng bao gồm các điện cực, trong đó hệ thống quang I được gắn vào trong polyme chứa osmium. Khi protein quang hợp được kích hoạt bởi ánh sáng, nó có thể tách rất hiệu quả các điện tích dương và điện tích âm. Gradient điện tích này có thể được xem là một nguồn năng lượng và thúc đẩy các quá trình tiếp theo.
Các loại oxy phản ứng hạn chế thời gian sử dụng của điện cực sinh học TS. Felipe Conzuelo giải thích: “Hệ thống quang I không chỉ hoạt động hiệu quả mà còn xuất hiện trong tự nhiên với số lượng lớn, khiến cho các hệ thống bán nhân tạo chuyển đổi năng lượng trở nên thú vị”. Tuy nhiên, nếu điện cực hoạt động trong một môi trường chứa oxy trong thời gian dài, nó sẽ bị hỏng.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng kính hiển vi điện hóa quét để quan sát các quá trình trên bề mặt điện cực. Trên bề mặt này, hệ thống quang I được gắn vào trong polyme chứa osmium. Các nhà khoa học đã quan sát thấy các phân tử được hình thành trên bề mặt điện cực khi nó tiếp xúc với ánh sáng. Để làm điều này, các nhà nghiên cứu cho hệ thống tiếp xúc với nồng độ oxy khác nhau.
Kết quả nghiên cứu cho thấy việc chiếu xạ bằng ánh sáng sinh ra loại oxy phản ứng và hydro peroxit, có thể làm hỏng hệ thống quang I về lâu dài. TS. Conzuelo đưa ra kết luận: “Dựa vào kết quả của chúng tôi, có vẻ như nên thiết kế các điện cực sinh học gắn hệ thống quang I để chúng có thể hoạt động trong môi trường không có oxy”.
N.T.T (NASATI), theo http://www.energy- daily.com/reports/Why_bioelectrodes_for_energy_conversion_are_not_stable_999.html,