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Quantum Dot-modifizierte TiO2-Strukturen für die Licht-gesteuerte Bioelektrokatalyse

Title:
Quantum Dot-modifizierte TiO2-Strukturen für die Licht-gesteuerte Bioelektrokatalyse
Abstract:
Die funktionale Kopplung von photoaktiven Nanostrukturen mit Enzymen stellt eine neue Strategie zum Aufbau lichtgesteuerter biohybrider Systeme dar. Hier sind Untersuchungen zusammengefasst, welche die effiziente Kontaktierung der FAD-abhängigen Glukosedehydrogenase (FAD-GDH) mit Hilfe eines Osmium-Redoxpolymers (P Os ) an PbS-Quantum Dots (PbS QDs) zeigen, welche direkt auf dreidimensionalen TiO 2 -Elektrodenstrukturen synthetisiert wurden. Diese biohybriden Strukturen erlauben die Licht-induzierte Oxidation von Glukose. Dazu wird zunächst ein Verfahren vorgestellt, bei welchem durch den Aufbau invers-opaler TiO 2 (IO-TiO 2 ) Strukturen hohe Bindungskapazitäten für die Integration von QDs, Redoxpolymer und Enzym erreicht werden. In Folge wird gezeigt wie elektrochemische Signalketten durch Licht gesteuert werden können, indem Ladungsträger in den QDs unter Beleuchtung erzeugt werden. Diese Aktivierung ermöglicht dann die Ausbildung einer Elektrontransferkaskade vom Enzym über das Redoxpolymer zu den QDs und final zur IO-TiO 2 -Elektrode. Die resultierenden anodischen Photoströme können durch das Potential, die Lichtintensität und die Glukosekonzentration moduliert werden. So können in Anwesenheit von Glukose Photoströme von bis zu 207 μA/cm2 und erste Oxidationssignale bereits bei einem Potential von -540 mV vs Ag/AgCl, 1 M KCl erhalten werden. Dies entspricht einem Potentialgewinn von über 500 mV im Vergleich zu nicht lichtsensitiven Elektroden. Das vorgestellte biohybride System kombiniert Vorteile einer großen Oberfläche (durch IO-TiO 2 -Struktur), die effiziente Ladungsträgergenerierung und -trennung an der QD/TiO 2 -Schnittstelle sowie die effiziente Kontaktierung von FAD-GDH mit den QDs mit Hilfe eines Redoxpolymers. Die Ergebnisse verdeutlichen das Potential dieser leistungsfähigen Photobioanode für die Sensorik und die Erzeugung von Energie aus Licht und Glukose.
Year:
2019
Publication type:
Journal article
Journal:
Wissenschaftliche Beiträge
ISSN:
0949-8214
Volume:
23
Pages:
11-17
Language:
German
Document status:
Open access
PubListerURL:
https://publister.bib.th-wildau.de/publister/public/publication/2679
Riedel, M., Schäfer, D., Parak, W., Ruff, A., Schuhmann, W., & Lisdat, F. (2019). Quantum Dot-modifizierte TiO2-Strukturen für die Licht-gesteuerte Bioelektrokatalyse Wissenschaftliche Beiträge. 23, 11-17.
@article{2679,
    author           = {Riedel, Marc and Schäfer, Daniel and Parak, Wolfgang J. and Ruff, Adrian and Schuhmann, Wolfgang and Lisdat, Fred},
    title            = {Quantum Dot-modifizierte TiO2-Strukturen für die Licht-gesteuerte Bioelektrokatalyse},
    journal          = {Wissenschaftliche Beiträge},
    year             = {2019},
    volume           = {23},
    pages            = {11-17},
    publisher        = {Technische Hochschule Wildau},
    doi              = {10.15771/0949-8214_2019_2},
    url              = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:526-opus4-10773},
}


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