Wetenschappers lenen truc van micro organismen en maken vijf keer meer waterstofperoxide

In dit artikel:

Onderzoekers van het Amerikaanse Argonne National Laboratory, het Photon Science Innovation Center en de Japanse Tohoku University ontwikkelden een flinterdun hybride materiaal dat met licht waterstofperoxide kan produceren. Het combineert plaatjes van de halfgeleider bismutoxychloride (BiOCl) met stukjes van het paarse membraan van het zoutminnende micro-organisme Halobacterium salinarum.

Het membraan bevat bacteriorhodopsine, een eiwit dat licht absorbeert en protonen verplaatst. In combinatie met BiOCl, waarvan de plaatjes gemiddeld ongeveer 204 nanometer dik zijn, helpt het eiwit de stroom van protonen en elektronen te sturen. Daardoor kan zuurstof worden omgezet in waterstofperoxide; superoxide lijkt daarbij een tussenproduct te zijn. De onderzoekers noemen deze gerichte combinatie van biologische en anorganische bouwstenen ‘nanoarchitectonics’. De werking ontstaat vooral aan het grensvlak tussen beide materialen, waar het membraan zich aan specifieke kristalvlakken van BiOCl hecht.

In laboratoriumtests produceerde het hybride materiaal 4,49 millimol waterstofperoxide per gram katalysator per uur. Dat is ruim vijf keer zoveel als BiOCl zonder biologisch membraan, dat 0,84 millimol produceerde. Voor deze hoogste opbrengst was wel ethyleenglycol nodig als bron van protonen en elektronen. Die stof wordt daarbij omgezet in onder meer glycolaldehyde, glyoxal en mierenzuur. Zonder deze hulpstof daalde de productie tot 0,42 millimol per gram per uur.

Praktische toepassing is nog niet in zicht: de proeven gebeurden in kleine reactoren met een xenonlamp, zuurstof en milligrammen katalysator. Bovendien nam de opbrengst bij hergebruik af, mogelijk door verlies van materiaal. Wel laat het onderzoek zien dat biologische lichtopvang kan worden gekoppeld aan synthetische katalysatoren, mogelijk ook voor de productie van brandstoffen, kunstmestgrondstoffen en andere chemicaliën.