Der biohybride Photokatalysator

MIT Photocatalyst - By mimicking photosynthesis, MIT researchers have designed a new type of photocatalyst that can absorb light and use it to help catalyze a variety of chemical reactions that would otherwise be difficult to perform.

Forscher am MIT haben einen neuartigen Photokatalysator synthetisiert, der Licht jeglicher Wellenlänge absorbieren und somit für eine Vielzahl chemischer Reaktionen genutzt werden kann.

Dieser biohybride Photokatalysator enthält ein Lichtsammelprotein, das Licht absorbiert und anschließend auf einen metallhaltigen Katalysator überträgt. Dieser Katalysator nutzt diese Energie zur Durchführung von Reaktionen, die z.B. für die Synthese von Arzneimitteln oder die Umwandlung von Abfallprodukten in Biokraftstoffe nützlich sein können.
Somit könnte die Synthese von Arzneimitteln, Agrochemikalien und Kraftstoffen zukünftig effizienter und weitaus umweltfreundlicher gestaltet werden, da bei der Photokatalyse Licht anstelle irgendwelcher schädlichen Reagenzien oder Reaktionsbedingungen eingesetzt wird.

Vor allem aber kann dieser biohybride Photokatalysator alle Wellenlängen des Lichts absorbieren und steigerte die Ausbeute von verschiedenen biochemischen Reaktionen schon um das Zehnfache.

Bislang haben Forscher nämlich immer nur ein einziges Molekül verwendet, das sowohl die Lichtabsorption als auch die Katalyse durchführt. Dieser Ansatz hat aber seine Grenzen, da die meisten vorhandenen Photokatalysatoren nur bestimmte Wellenlängen des Lichts absorbieren können und diese Wellenlängen nicht sehr effizient sind. Wenn man ein Molekül hat, das sowohl für die Lichtsammlung als auch für die Katalyse zuständig ist, kann man nicht gleichzeitig beides optimieren.

Also kombinierten die Forscher zwei separate Moleküle, um den Photokatalysator herzustellen. Für die Lichtsammelkomponente verwendeten sie ein Protein namens R-Phycoerythrin, das in Rotalgen vorkommt. Sie verbanden dieses Protein mit einem rutheniumhaltigen Katalysator, der bereits früher für die Photokatalyse verwendet wurde.

Darüber hinaus fand man heraus, dass die Reaktionen auch unter Beleuchtung mit rotem Licht ablaufen können. Dies hat sich bei den bisherigen Photokatalysatoren als schwierig erwiesen und ist von Vorteil, da es weniger unerwünschte Nebenreaktionen hervorruft und weniger gewebeschädigend ist, so dass es möglicherweise in biologischen Systemen eingesetzt werden kann.
Diese Art von Photokatalysator kann auch für eine Reaktion namens Lignin-Depolymerisation verwendet werden, die zur Erzeugung von Biokraftstoffen aus Holz oder anderen schwer abbaubaren Pflanzenmaterialien beitragen kann. Gerade hier könnte er sich als extrem nützlich erweisen.

Die Forscher wollen nun versuchen, verschiedene Lichtsammelproteine und Katalysatoren auszutauschen, um ihren Ansatz an eine Vielzahl von chemischen Reaktionen anzupassen.

Ein sehr spannendes Thema finde ich, wir bleiben dran.

Autor: Dr. Ronald Hinz, Market Intelligence Senior Expert, SVP Deutschland AG
Quellen: MIT News, November 15, 2021