{"id":117032,"date":"2022-10-13T07:08:00","date_gmt":"2022-10-13T05:08:00","guid":{"rendered":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/?p=117032"},"modified":"2022-10-11T10:05:32","modified_gmt":"2022-10-11T08:05:32","slug":"kunstliches-enzym-spaltet-wasser","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/kunstliches-enzym-spaltet-wasser\/","title":{"rendered":"K\u00fcnstliches Enzym spaltet Wasser"},"content":{"rendered":"\n\n\n
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Enzym-\u00e4hnliche Wasserorganisation vor einem Ruthenium-Wasseroxidations-Katalysator. (Bild: Team W\u00fcrthner) \u00a9 Universit\u00e4t W\u00fcrzburg<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n

Die Menschheit steht vor einer zentralen Herausforderung: Sie muss den \u00dcbergang zu einer nachhaltigen und kohlendioxidneutralen Energiewirtschaft bew\u00e4ltigen. Wasserstoff gilt als vielversprechende Alternative zu fossilen Brennstoffen. Er l\u00e4sst sich unter Einsatz von elektrischem Strom aus Wasser herstellen. Stammt der Strom aus regenerativen Quellen, spricht man von gr\u00fcnem Wasserstoff. Noch nachhaltiger w\u00e4re es aber, k\u00f6nnte man Wasserstoff direkt mit der Energie des Sonnenlichts produzieren.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

In der Natur l\u00e4uft die lichtgetriebene Wasserspaltung bei der Photosynthese der Pflanzen ab. Diese verwenden daf\u00fcr einen komplexen molekularen Apparat, das sogenannte Photosystem II. Dessen aktives Zentrum nachzuahmen ist eine vielversprechende Strategie, um eine nachhaltige Produktion von Wasserstoff zu realisieren. Daran arbeitet ein Team von Professor Frank W\u00fcrthner am Institut f\u00fcr Organische Chemie und dem Zentrum f\u00fcr Nanosystemchemie der Julius-Maximilians-Universit\u00e4t W\u00fcrzburg (JMU).<\/p>\n\n\n\n

Wasserspaltung ist keine banale Reaktion<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Wasser (H2<\/sub>O) besteht aus einem Sauerstoff- und zwei Wasserstoffatomen. Der erste Schritt der Wasserspaltung ist eine Herausforderung: Um den Wasserstoff freizusetzen, muss aus zwei Wassermolek\u00fclen der Sauerstoff entfernt werden. Daf\u00fcr ist es zun\u00e4chst n\u00f6tig, den beiden Wassermolek\u00fclen vier Elektronen und vier Protonen zu entziehen.<\/p>\n\n\n\n

Diese oxidative Reaktion ist nicht banal. Pflanzen nutzen daf\u00fcr ein komplexes Gebilde als Katalysator, bestehend aus einem Cluster mit vier Mangan-Atomen, \u00fcber die sich die Elektronen verteilen k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

W\u00fcrthners Team hatte in einem ersten Durchbruch eine \u00e4hnliche L\u00f6sung entwickelt, eine Art \u201ek\u00fcnstliches Enzym\u201c, das den ersten Schritt der Wasserspaltung erledigen kann. Dieser Wasseroxidations-Katalysator, bestehend aus drei miteinander agierenden Ruthenium-Zentren innerhalb eines makrozyklischen Konstrukts, katalysiert erfolgreich den thermodynamisch anspruchsvollen Prozess der Wasserspaltung. Publiziert wurde das 2016 und 2017 in den Journalen Nature Chemistry <\/em>und Energy & Environmental Science<\/em>.<\/p>\n\n\n\n

Zum Erfolg mit einer k\u00fcnstlichen Tasche<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Nun ist es den Chemikerinnen und Chemikern der JMU gelungen, die anspruchsvolle Reaktion mit einem einzigen Ruthenium-Zentrum effizient ablaufen zu lassen. Dabei wurden sogar \u00e4hnlich hohe katalytische Aktivit\u00e4ten wie im nat\u00fcrlichen Vorbild erreicht, dem Photosyntheseapparat der Pflanzen.<\/p>\n\n\n\n

\u201eM\u00f6glich wurde dieser Erfolg, weil unser Doktorand Niklas Noll eine k\u00fcnstliche Tasche um den Ruthenium-Katalysator geschaffen hat. Darin werden die Wassermolek\u00fcle f\u00fcr den gew\u00fcnschten protonengekoppelten Elektronentransfer vor dem Ruthenium-Zentrum in einer genau definierten Anordnung arrangiert, \u00e4hnlich wie es in Enzymen geschieht\u201c, sagt Frank W\u00fcrthner.<\/p>\n\n\n\n

Publikation in Nature Catalysis<\/em><\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Die JMU-Gruppe pr\u00e4sentiert die Details ihres neuartigen Konzepts nun im Fachjournal Nature Catalysis. <\/em>Das Team aus Niklas Noll, Ana-Maria Krause, Florian Beuerle und Frank W\u00fcrthner ist davon \u00fcberzeugt, dass sich dieses Prinzip auch zur Verbesserung anderer katalytischer Prozesse eignet.<\/p>\n\n\n\n

Das langfristige Ziel der W\u00fcrzburger Gruppe ist es, den Wasseroxidations-Katalysator in ein k\u00fcnstliches Bauteil einzubauen, das mit Hilfe von Sonnenlicht Wasser in seine beiden Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Das wird noch seine Zeit dauern, denn daf\u00fcr muss der Katalysator mit weiteren Komponenten zu einem funktionierenden Gesamtsystem gekoppelt werden \u2013 mit lichtsammelnden Farbstoffen und mit sogenannten Reduktionskatalysatoren.<\/p>\n\n\n\n

F\u00f6rderer<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Der Europ\u00e4ische Forschungsrat (European Research Council, ERC) hat die beschriebenen Arbeiten im Rahmen eines ERC Advanced Grant f\u00fcr Frank W\u00fcrthner gef\u00f6rdert (grant agreement No. 787937). Weitere F\u00f6rdermittel stammen vom Bayerischen Wissenschaftsministerium im Rahmen des Forschungsnetzwerks \u201eSolar Technologies go Hybrid\u201c.<\/p>\n\n\n\n

Publikation<\/strong><\/h3>\n\n\n\n

Enzyme-like water preorganization in a synthetic molecular cleft for homogeneous water oxidation catalysis. Nature Catalysis, 3. Oktober 2022, DOI: 10.1038\/s41929-022-00843-x https:\/\/www.nature.com\/articles\/s41929-022-00843-x<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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