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Ein Schritt Richtung Energieträger der Zukunft

Wissenschaftlern der Freien Universität Berlin und der Ruhr-Universität Bochum ist es gelungen, einen zentralen Übergangszustand im katalytischen Zyklus von Hydrogenasen spektroskopisch nachzuweisen

Nr. 205/2017 vom 21.07.2017

Wissenschaftlern der Freien Universität Berlin und der Ruhr-Universität Bochum ist es gelungen, einen hydridischen Zustand im katalytischen Zyklus von Eisen-Hydrogenasen zu stabilisieren und spektroskopisch nachzuweisen. „Molekularer Wasserstoff (H2) gilt als Energieträger der Zukunft“, erklärt Dr. Sven T. Stripp, Biophysiker an der Freien Universität und Leiter des Forschungsprojektes. Die Ergebnisse schlössen eine seit gut 20 Jahren geführte wissenschaftliche Diskussion ab: Es sei der Beweis erbracht worden, dass es sich bei dem Wirkungsmechanismus der H2-Produktion um einen heterolytischen Prozess handel. Diese Erkenntnis habe wichtigen Einfluss auf das Design artifizieller Katalysatoren, da nun geklärt sei, dass nur endständige, hybridische Spezies auf hohe Umsatzraten in der H2-Produktion hoffen lassen. Verbrückende Hydride, wie sie beispielsweise in der Speicherung von H2 angestrebt werden oder in den katalytischen weniger effektiven Nickel-Eisen-Hydrogenasen beobachtet worden sind, können Umsatzraten von 1.000 H2/ min nicht erklären. Die Forschungseregbnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications publiziert.

„Hydrogenasen sind prähistorische Enzyme, die in einzelligen Grünalgen die Abgabe von Wasserstoffgas (H2) katalysieren“, erklärt Dr. Sven T. Stripp. Dieser Prozesse beziehe seine Energie aus dem Sonnenlicht, beziehungsweise der Photosynthese und finde mit extremer Effizienz statt (1.000 H2/ min). Die sei der Grund dafür, dass es ein großes industrielles Interesse am Wirkungsmechanismus der photobiologischen H2-Produktion gebe.

In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Biologie und Chemie der Ruhr-Universität Bochum konnte das Team um Dr. Sven T. Stripp einen zentralen Übergangszustand im katalytischen Zyklus stabilisieren und per Infrarotspektroskopie nachweisen. Dabei handele es sich um einen sogenannten „hybridischen“ Zustand, der die Bindung eines negativ geladenen Wasserstoffatoms (H-) beschreibe. Das endständige Hydrid werde in Rekombination mit einem positiv geladenen Wasserstoffatom („Proton“, H+) spontan als H2-Gas abgegeben. Die Asymmetrie in der Ladungsverteilung definiert den heterolytischen Katalyseprozess.

Pressefoto

Die Abbildung steht Medienvertretern zum Download zur Verfügung. Sie ist bei Verwendung im Kontext der Pressemitteilung und Angabe der Quelle honorarfrei.

Das Reaktions-Zentrum der [FeFe]-Hydrogenasen

Das Reaktions-Zentrum der [FeFe]-Hydrogenasen

Das Reaktions-Zentrum der [FeFe]-Hydrogenasen
Bildquelle: Dr. Sven Stripp

Das Reaktions-Zentrum der [FeFe]-Hydrogenasen. Links: ein verbrückendes Hydrid (roter Kreis) zwischen den Eisen-Atomen verhindert die Abgabe von molekularem Wasserstoff (H2). Rechts: bindet das Hydrid in terminaler Position (roter Kreis), kann durch Zusammenspiel mit einer zweiten Gruppe (blauer Kreis) sehr effizient H2 gebildet werden.

Weitere Informationen

Die Publikation

Martin Winkler, Moritz Senger, Jifu Duan, Julian Esselborn, Florian Wittkamp, Eckhard Hofmann, Ulf-Peter Apfel, Sven Timo Stripp, Thomas Happe (2017): „Accumulating the Hydride State in the Catalytic Cycle of [FeFe]-Hydrogenases“, in: Nature Communications. DOI: 10.1038/ncomms16115

Kontakt

Dr. Sven Stripp, Fachbereich Physik der Freien Universität Berlin, Telefon: 030/ 838-55069, E-Mail: sven.stripp@ fu-berlin.de

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