Bachelorarbeit
cand. B. Sc. XXXXXXX
Matrikelnummer: XXXXXX
Synthese und Charakterisierung einer redox-funktionellen MOF-Elektrodenbeschichtung für elektrobiotechnologische Anwendungen

Hintergrund:
Eine Elektrifizierung chemischer Synthesen in Pharma- und Petrochemie-Industrie wird zur Reduzierung des CO2-Austoß angestrebt. Für viele Produkte ist eine rein elektrochemische Synthese meist aber nicht realisierbar. Eine viel-versprechende Alternative ist die Kopplung von Elektroden mit biotechnologischen Systemen, die Wege zu nachhalti-geren Industrieprozessen eröffnen. Einige industrierelevante Produkte lassen sich bereits durch Enzyme (e.g. grüne Katalysatoren) in biologischen Reaktionen synthetisieren, jedoch sind meist teure Co-Faktoren, wie NADH und FAD, erforderlich. Eine elegante Lösung ist die elektrochemische Regenerierung dieser Co-Faktoren mittels Redox-Media-toren an einer Elektrode, um die Kosten für den Einsatz der Co-Faktoren zu senken. Demnach kann über eine rever-sible Redoxreaktion ein effizienter Transfer von Elektronen von der Elektrode auf den Mediator sowie über den Medi-ator zu Co-Faktor bzw. Enzym erfolgen.
Im Rahmen dieser Arbeit sollen neuartige, biohybride Materialien entwickelt werden, welche Redox-Mediatoren zu-sammen mit biologischen Komponenten lokal in unmittelbarer Nähe zur Elektrode in einer porösen, strukturierten Schicht konzentrieren. Die Schlüsselkomponente dieser Schicht ist ein Metal-Organic Framework (MOF), das als Ge-rüst dient und die Retention von Redox-Mediatoren sowie biologischen Verbindungen, wie Enzymen und ihren Co-Faktoren, ermöglicht. Durch die Feinabstimmung der Porengröße und der Hydrophobie des MOFs wird angestrebt, dass sich die Mediatoren stark in den Poren des MOFs anreichern, wobei der Mediator zur Elektrodenoberfläche dif-fundieren kann, um seine Elektronen zu übertragen. Dies ermöglicht eine Steigerung der elektrochemischen Regene-ration des Co-Faktors, der dann die enzymatischen Reaktionen zur Erzeugung industriell relevanter, wertsteigernder Verbindungen, wie etwa aktiven pharmazeutischen Inhaltsstoffen (APIs), antreibt.

Aufgabenstellung:
Im Rahmen der Bachelorarbeit soll die Synthese und die elektrochemische Charakterisierung einer neuartigen selbst-assemblierenden, redox-funktionellen MOF-Elektrodenbeschichtung erfolgen:
- Synthese einer MOF-Beschichtung für eine Elektrodenoberfläche
- Charakterisierung der Elektrodenbeschichtung mittels Rasterelektronenmikroskopie (SEM)
- Elektrochemische Charakterisierung der Elektrode mit einer Modellreaktion
- Untersuchung zur Beladung der Elektrodenschicht mit Mediatoren und erste Voruntersuchungen für den Einsatz im elektro-enzymatischen System

Betreuung:
Neben der wissenschaftlichen Betreuung durch Prof. Dr.-Ing. Matthias Franzreb wird XXXX in der praktischen Durch-führung der Arbeit durch Dr. Hartmut Gliemann, Dr.-Ing. André Tschöpe und Michael Abt unterstützt.
Startdatum: XX.XX.XXXX Enddatum:
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Prof. Dr.-Ing. habil Matthias Franzreb
Institut für Funktionelle Grenzflächen
Bioprozesstechnik und Biosysteme
Herrmann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen