Bioelektrochemie an der Graphenkante

• Antragsteller: Professor Dr. Kannan Balasubramanian
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Analytische Chemie ; Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 532452717

Die atomare Kante einer Graphenschicht ist Gegenstand vieler Untersuchungen aufgrund ihrer einzigartigen physikalischen und chemischen Eigenschaften, die sich von den Eigenschaften der graphitischen basalen Ebene unterscheiden. Letztens wurde das elektrochemische Verhalten einer isolierten Graphenkante (GrEdge – engl. Graphene Edge) im Detail untersucht. Wir konnten zeigen, dass aufgrund der eindimensionalen Struktur, der Stofftransport zur Graphenkante sehr stark begünstigt wird, was die Möglichkeit eröffnet, schnelle Elektronentransferkinetik ohne Einschränkungen von Diffusionsphänomenen zu beobachten. Durch eine chemische Funktionalisierung der Graphenkante mit organischen Resten oder Metallnanopartikeln, bekommt man Zugang zu neuartigen GrEdge-Elektroden, die sowohl für Grundlagenuntersuchungen von Reaktionsmechanismen als auch für Anwendungen in der Sensorik und Elektrokatalyse genutzt werden können. In diesem Vorhaben werden Methoden zur selektiven chemischen Kopplung von Enzymmolekülen an einer Graphenkante entwickelt und optimiert. Solche Elektroden sollen anschließend für die Untersuchungen von grundlegenden Aspekten von Elektronentransfer mit den immobilisierten Proteinen eingesetzt werden. Mit Hilfe von in situ / operando-Methoden, die wir kürzlich entwickelt haben, sollen mechanistische Informationen zur Funktionsweise von an der Graphenkante immobilisierten Enzymmolekülen gewonnen werden. Die zu erzielenden Ergebnisse werden tiefgreifende Auswirkungen für Anwendungen in der nanoskaligen enzymbasierten Sensorik sowie in der Bioelektrokatalyse haben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Brasilien
• Partnerorganisation: Fundaçao de Amparo a Pesquisa do Estado de Sao Paulo - FAPESP
• Kooperationspartner: Professor Dr. Frank Crespilho