Viologen-modified electrodes for protection of hydrogenases from high potential inactivation while performing H2oxidation at low overpotential

过电位 小提琴手 氢化酶 电子转移 化学 氧化还原 催化作用 光化学 阳极 电化学 组合化学 电极 无机化学 有机化学 物理化学
作者
Alaa A. Oughli,Marisela Vélez,James A. Birrell,Wolfgang Schuhmann,Wolfgang Lubitz,Nicolas Plumeré,Olaf Rüdiger
出处
期刊:Dalton Transactions [Royal Society of Chemistry]
卷期号:47 (31): 10685-10691 被引量:11
标识
DOI:10.1039/c8dt00955d
摘要

In this work we present a viologen-modified electrode providing protection for hydrogenases against high potential inactivation. Hydrogenases, including O2-tolerant classes, suffer from reversible inactivation upon applying high potentials, which limits their use in biofuel cells to certain conditions. Our previously reported protection strategy based on the integration of hydrogenase into redox matrices enabled the use of these biocatalysts in biofuel cells even under anode limiting conditions. However, mediated catalysis required application of an overpotential to drive the reaction, and this translates into a power loss in a biofuel cell. In the present work, the enzyme is adsorbed on top of a covalently-attached viologen layer which leads to mixed, direct and mediated, electron transfer processes; at low overpotentials, the direct electron transfer process generates a catalytic current, while the mediated electron transfer through the viologens at higher potentials generates a redox buffer that prevents oxidative inactivation of the enzyme. Consequently, the enzyme starts the catalysis at no overpotential with viologen self-activated protection at high potentials.
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