Piecyk Karolina
Zakład Chemii Nieorganicznej i Analitycznej
Pracownia Elektroanalizy Chemicznej
Ocena przydatności lakazy, jako miedziowego enzymu redoks do elektrokatalitycznej redukcji dwutlenku węgla
Karolina Piecyk
Promotor: Prof. dr hab. Paweł J. Kulesza
Opiekun: mgr Ewelina Seta
W ostatniej dekadzie redukcja dwutlenku węgla zyskała duże zainteresowanie, ze względu na stale rosnący poziom CO2 w atmosferze. Proponowane są różne sposoby utylizacji CO2 oraz konwersji do paliw i chemikaliów. Kinetyka reakcji jest powolna i wymagane są duże nakłady energii oraz silne katalizatory celem usprawnienia procesu redukcji. Można wyróżnić trzy główne podejścia do elektrochemicznej redukcji dwutlenku węgla: fotokatalizę, elektrokatalizę oraz bioelektrokatalizę. Szczególną uwagę zwrócono na podejście biologiczne, wykorzystujące do katalizy mikroorganizmy bądź enzymy, ze względu na ich zdolność do redukcji różnych substratów w warunkach otoczenia.[1]
Miedź jest powszechnie znanym i wykorzystywanym do redukcji CO2 katalizatorem, który przejawia różne aktywności w zależności od chemicznej postaci m.in.: nanocząstek, tlenków, lub kompleksów. Stosowanie miedzi w procesach elektroredukcji bądź fotoelektroredukcji CO2, w różnych jej postaciach, prowadzi do wytworzenia tlenku węgla, alkoholi, kwasów karboksylowych lub węglowodorów.[2]
Lakaza jest enzymem należącym do klasy pozamitochondrialnych wielomiedziowych oksydoreduktaz, dotychczas wykorzystywanym głównie w procesie redukcji tlenu. Zawiera centra miedziowe, które można podzielić na 3 typy: typ I miedzi jest miejscem utleniana substratów, natomiast centrum aktywne złożone z miedzi typu II i dwóch atomów miedzi typu III, katalizuje przebieg redukcji tlenu do wody bez udziału nadtlenku wodoru jako produktu pośredniego.
Celem mojej pracy magisterskiej była ocena przydatności lakazy, jako miedziowego enzymu redoks do elektrokatalitycznej redukcji dwutlenku węgla. Badania przeprowadziłam z wykorzystaniem samego enzymu oraz układów kompozytowych. Z pracy wynika, że centra miedziowe umiejscowione w strukturze enzymu, wykazują aktywność katalityczną w procesie redukcji CO2. Aby proces był bardziej efektywny konieczne jest wprowadzenie dodatkowych centrów metalicznych lub tlenkowych (Au, Cu, Cu2O), w celu zarówno poprawy dystrybucji ładunku (transportu elektronów) w warstwie elektrokatalitycznej, jak i zwiększenia stężenia powierzchniowego centrów reaktywnych (ze względu na strukturę przestrzenną enzymu centra w lakazie są rozrzedzone).
Literatura:
[1] S. Schlager et al., Energy Technol., 2017, 5, 812-821
[2] D.D. Zhu et al., Adv. Mater., 2016, 28, 3423-3452