Kontrollierte Elektrodenstrukturierung für (bio)elektrochemische Anwendungen
Lenz, Jennifer - Universität des Saarlandes (2011)
Die vorliegende Arbeit wurde im Rahmen des EU-Projektes ERUDESP angefertigt, wobei eine bioelektrochemische Durchflusszelle für eine enantiomerenreine Bioelektrosynthese konzipiert wurde. Die durchgeführten Arbeiten beinhalten Zelldesign, Mediatorenscreening und Entwicklung verschiedener elektroorganischer und elektroenzymatischer Reaktionen in einer Batchzelle.
Endziel war die Hochskalierung (bio)elektrochemischer Reaktionen in der Durchflusszelle. Die Synthese drei-dimensionaler makroporöser Elektroden wurde mittels der Langmuir-Blodgett-Technik und der kontrollierten Evaporierung mit anschließender Elektroabscheidung von Metallen und Metalloxiden durchgeführt. Die Elektroabscheidung erfolgte in die Zwischenräume des zuvor präparierten kolloidalen Kristalls aus monodispersen Polystyrolpartikeln, welche anschließend chemisch aufgelöst wurdenr. Die porösen Materialien besitzen eine sehr gute offenporige Interkonnektivität und eine deutlich vergrößerte aktive Oberfläche. Für die direkte NADH-Oxidation wurden poröse Rutheniumoxidelektroden mit signifikant verbesserter Überspannung entwickelt.
Basierend auf dem ERUDESP-Projekt wurde ein erneuerbares makroporöses Elektrodensystem aufgebaut. Des Weiteren wurden makroporöse Mikroelektroden aus Rutheniumoxid für pH-Messungen mit verbessertem thermischem Rauschen und makroporöse Mikroelektroden zur Anwendung als Implantat für die Handprothetik hergestellt. Außerdem wurden makroporöse Multikatalysatorschichten zur in-situ Wasserstofferzeugung mit simultan ablaufender Hydrierungsreaktion entwickelt. Als eine weitere kontrollierte Oberflächenstrukturierung wurden nanoskalige Platininseln mit anschließender Biofunktionalisierung hergestellt, die eine signifikante Verstärkung der Stromdichte zeigten.