Mesoporous Electrodes Enhance the Electrocatalytic Performance of [FeFe]‐Hydrogenase

Abstract Die Metalloenzyme [FeFe]‐Hydrogenasen geraten immer weiter im Fokus zukünftiger, auf Wasserstoff (H 2 ) spezialisierte Biotechnologien. Kürzlich haben wir ein simples zweistufiges Verfahren zur Immobilisierung der [FeFe]‐Hydrogenase aus Clostridium pasteurianum (“ Cp I”) auf mesoporösem Indiumzinnoxid (Engl. indium tin oxide , ITO) entwickelt, wodurch eine gesteigerte H 2 ‐Produktion, eine hohe Betriebsstabilität und Stromdichten bis zu 8 mA cm −2 erreicht worden sind. Durch das Zusammenspiel von Rasterkraftmikroskopie (Engl. atomic force microscopy , AFM), Rasterelektronenmikroskopie (Engl. scanning electron microscopy , SEM) und der elektrochemischen Quartzmikrowaage (Engl. electrochemical quartz crystal microbalance , EQCM) ist die stabilisierende und steigernde Eigenschaft des mesoporösen ITOs auf die elektroenzymatische H 2 ‐Produktion von Cp I untersucht worden. Untersuchungen der Topografie und Morphologie der mesoporösen ITO‐Oberfläche haben eine hierarchische Struktur offenbart, welche Hohlräume und definierte Nanopartikelagglomerate beinhaltet haben. Jeder mögliche Einfluss der mesoporösen Eigenschaft ist durch den Vergleich der Stabilität und der elektroenzymatischen Aktivität von Cp I zwischen der mesoporösen „nanoITO“ and planaren ITO untersucht worden, wobei wir gezeigt haben, dass Cp I auf der nanoITO‐Oberfläche gesteigerte Umsatzraten und eine erhöhte Stabilität nach der Adsorption aufgewiesen hat (im Bezug zur zeitlichen Abhängigkeit der elektroenzymatischen Aktivität).