Ciencias

inmerso en una solución acuosa tamponada que contiene NADH (-nicotinamida adenina dinucleótido) / NAD + (o alternativamente NADPH/NADP +). Iluminación del ánodo, las porfirinas absorben la luz y sus estados excitados pecado-glet relajación por inyección de electrones rápidos en el óxido de metal de nanopar-ticulate, generando P• +. Electrones de la anodeflow a través de un cable al cátodo, que está inmerso en el mismo tampón y el ánodo compart-ment separados por una membrana ion-selectivo que permite Ionespara de hidrógeno se difunden a través de la solución. El cátodo tiene un catalizador produciendo hidro-gen como platino o una enzima hydro-genase natural. Si hay oxígeno en el cátodo, puede bereduced por un electrodo de platino, y la célula produce elec tricity en lugar de hidrógeno.Los cationes radicales porfirina producidos en la photoan-Oda se reducen por NAD (P) H para regenerar el estado porphyringround y, después de una transferencia neta de electrones dos process,NAD(P) +. El papel de la NAD (P) H es la de un relé electrónico. El NAD (P) + se regenera por reducción por un catalizador de dehydrogenaseenzymatic para que la NAD (P) H/NAD (P) + pareja es anatural coenzima. Al mismo tiempo, la deshidrogenasa oxidizesthe apropiado biocombustibles. Así, las funciones del celular para reformar el biocombustible a hidrógeno. Los electrones para reducir H + provienen de la oxidación del bio-combustible y la energía potencial electroquímica para llevar a cabo theconversion es proporcionada en parte por la luz del sol. Con esta foto-ánodo y enzimas adecuadas, metanol fue oxidado en pasos de threetwo electrones al CO2, etanol se oxida en dos pasos de dos electrones a acetato y glucosa-6-fosfato fue oxi-exeresis a CO2and ribulosa-5-fosfato. El uso de la NAD (P) H/NAD (P) + la pareja es clave para el func-ción de la célula de biocombustible fotoelectroquímicos, no sólo almacenan se requiere como una coenzima pero también debido a su interac-ciones con el photoanode sensibilizada. Esto es ilustrado byexperiments que NADH o 1, 4-hidroquinona trabajó como un donor.34In de sacrificio electrón una celda con punto en 0 V versus SCE theTiO2photoanode, la maximumphotocurrent con NADH era cuatro veces que foundusing hidroquinona. En experimentos relacionados, la photoanodewas encontró que operan a menor potenciales withNADH/NAD + que con la pareja de quinona/hidroquinona. Con 10 mM NADH como el donante del electrón, aumento de la con-centration de NAD + de 0 a 50 mM tenía poco efecto en la fotocorriente thecell, pero en un experimento similar con hydro-quinona/quinona (H2Q/Q), la fotocorriente disminuido drasti-camente como la concentración de Q fue aumentado, becomingnearly cero en 10 mM.

Estos experimentos sugieren diversos mecanismos de la acciónPor las dos parejas de redox. En el caso de QH2, la oxidación de un electrón por P• + pH) 6 conduce a la formación de la radical semiquinone (Q•), que puede someterse a un electronoxidation un rendimiento de Q. Sin embargo, desde un punto de vista termodinámico, tanto Q (Em) 0,58 V versus NHE) 35Y Q• (Em) 0.10V) 35 son capaces de aceptar un electrón de la banda de conductividad-ción de TiO2 (V ∼-0,51 versus NHE en pH) 6).36 los resultados sugieren que esto ocurre fácilmente, y que estas reacciones de recombinación de carga son responsables por el funcionamiento reducido de la célula con la pareja de quinona/hidroquinona. En el caso de NADH / NAD +, el ofNADH del solo-electrón oxidación produce el NADH• + ion radical. Este radical es veryunstable y rápidamente deprotonates en pH) 8. NAD•rad-ical también es inestable y puede fácilmente caries por desproporción-ción forma NADH y NAD +, dimerización seguido byoxidation del dimer o donación de electrones principio a P• + o donación de electrones a la banda de conducción del TiO2. El TiO2 electrones de la banda de conducción (∼-0,63 V versus NHE en pH) 8) 36 no son termodinámicamente competentes para llevar a cabo thereduction de NAD + (-0.92 V versus NHE), 37 y recombinación de la carga en el photoanode es desaprobado fuertemente. Así, el producto inicial de la oxidación de NADH se convierte rápidamente al NAD + inactivos. Con la recombinación reacción a la redoxcouple reducido, la célula base de NAD (P) H/NAD (P) + se espera producir photocurrents más grandes y sería independiente de la NAD + concentración, asobserved photovoltagesthat. Girando ahora al cátodo, la figura 5 muestra el hidrógeno pro-ducción de la celda usando un TiO2 sensibilizada por porfirinas foto-ánodo y un cátodo compuesto por partículas de platino soportado en microporoso carbon.31 el photoanode compart-ment (tamponado a pH) 8) contenía NAD +, glucosa y glucosa deshidrogenasa de Bacillus megaterium. Iluminación con hidrógeno produce luz visible, que fue había analizado por cromatografía gas.

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