Водородный топливный электрод на основе ферментов тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.15 ВАК РФ

7

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Топливные элементы.

1.1.1. Принцип действия топливных элементов.

1.1.2. История создания топливных элементов.

1.1.3. Термодинамика топливных элементов. КПД топливных элементов.

1.1.4. Термодинамика водородно-кислородного топливного элемента.

1.1.5. Классификация и характеристики водородно-кислородных топливных элементов.

1.1.6. Роль катализа в водородно-кислородных топливных элементах.

1.3. биоэлектрокатализ.

1.3.1. Методы сопряжения ферментативной и электродной реакций.

1.3.2. Сорбция ферментов на проводящие материалы.

1.3.3. Применение промоторов для достижения безмедиаторного биоэлектрокатализа.

1.3.4. Сорбция и пришивка ферментов к проводящим полимерам.

1.3.5. Включение ферментов в проводящие полимеры.

1.3.6. Применение медиаторов.

1.4. Строение и свойства Гидрогеназ.

1.4.1. Классификация гидрогеназ.

1.4.2. Строение никель-железосодержащих гидрогеназ.

1.4.3. Оптические свойства никелъ-железосодержащих гидрогеназ.

1.4.4. Окислительно-восстановительные свойства никелъ-железосодержащих гидрогеназ.

1.4.5. Кинетика реакций, катализируемых гидрогеназами.

1.4.6. Электрохимическое исследование гидрогеназ и процессов, катализируемых ими.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ.ЧАСТЬ.

2.1. Материалы.

2.2. Оборудование.

2.3. методы.

2.3.1■ Определение активности гидрогеназы по поглощению водорода.

2.3.2■ Определение активности гидрогеназы по выделению водорода.

2.3.2.1.Определение активности гидрогеназы с применением масс-спектрометра.:.,.

2.3.4. Приготовление ферментных электродов.

2.3.4. ¡.Приготовление ферментных электродов непосредственной адсорбцией фермента на графитовые ткани и стержни.

2.3.4.2.Приготовление ферментных электродов адсорбцией фермента в присутствии промотора.

2.3.4.3.Приготовление ферментных электродов адсорбцией фермента на модифицированные полимерами электроды.

2.3.4.4.Приготовление ферментных электродов на основе сажи.

2.3.4.5.Приготовление ферментных электродов с иммобилизованными микроорганизмами.'.

2.3.5. Исследование электрохимической активности ферментных электродов. ф 2.3.6. Исследование электрохимической активности ферментных электродов с контролем состава растворенных газов.

2.3.7. Изучение стабильности ферментных электродов при хранении.

2.3.8. Исследование влияния окиси углерода и сульфид-иона на электрохимическую активность гидрогеназных электродов.

2.3.9. Исследование влияния органических растворителей на активность гидрогеназы и ферментных электродов с иммобилизованной гидрогеназой.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ.

3.1. Биоэлектрокатализ гидрогеназами.

3.1.1. Безмедиаторный биоэлектрокатализ.

3.1.1.2. Биоэлектрокатализ гидрогеназой, адсорбированной непосредственно на углеродный материал.

3.1.1.2.1 .Графитовые ткани.

3.1.1.2.2.Графитовые стержни.

3.1.1.2.3.Электороды на основе сажи.

3.1.1.2.4.Безмедиаторный биоэлектрокатализ гидрогеназами из разных источников.

3.1.2. Биоэлектрокатализ гидрогеназами в присутствии промоторов.

3.1.3. Дизайн электродной поверхности для биоэлектрокатализа гидрогеназами.

3.1.3. ¡.Биоэлектрокатализ гидрогеназами, адсорбированными на производные полипиррола.

3.1.3.2.Биоэлектрокатализ гидрогеназами из разных источников, адсорбированными на электроды покрытые полимерами на основе пиррола.

3.1.3.3.Электроды покрытые полианилином.

3.1.4. Биоэлектрокатализ гидрогеназой, включенной в проводящий полимер или сажевый композитный электрод.

3.1.4.1.Влияние инкубации гидрогеназы в водно-органические смеси с высоким содержанием органического растворителя на активность фермента

3.1.4.2.Приготовление гидрогеназного электрода включением фермента в материал электрода.

3.2. Кинетика водородного ферментного электрода.

3.2.1. Кинетика электрохимического окисления водорода на ферментном электроде с иммобилизованной гидрогеназой.

3.2.2. Выделение водорода на гидрогеназных электродах.

3.2.3. Влияние температуры на характеристики водородных ферментных электродов.

3.3. Технологические характеристики.

3.3.1. Влияние окиси углерода и сульфида на характеристики гидрогеназных электродов.

3.3.2. Окисление водорода на водородных ферментных элетродах при повышенных температурах.

3.3.3. Стабильность ферментных электродов при хранении.

3.3.4.Влияние органического растворителя на характеристики водородных ферментных электродов.

3.4. Применение водородного ферментного электрода.

3.4.1. Обнаружение и поглощение водорода из кулътуральной жидкости микроорганизмов.

3.4.2. Водородный ферментный электрод с иммобилизованными микроорганизмами и спорами.

ВЫВОДЫ.

В связи с прогрессирующим дефицитом ископаемых топлив в настоящее время ведется интенсивный поиск возобновляемого и экологически чистого топлива. Наиболее перспективным вторичным видом топлива считается водород. Широкое использование водорода снизит загрязнение атмосферы, исключит парниковый эффект и, как следствие, приведет к замедлению глобального потепления [1].

Для использования водорода в качестве топлива необходимо решить проблемы, связанные с его получением, транспортировкой и утилизацией. Для использования энергии водорода наиболее перспективным представляется использование топливных элементов (ТЭ), т.е. систем, осуществляющих непосредственное преобразование энергии окисления водорода в электрическую энергию. Эти системы имеют КПД более 80%, в то время как КПД лучших двигателей внутреннего сгорания (ДВС) составляет 20%, и, в отличие от систем, в которых осуществляется горение водорода, не образуют окислы азота, т.е. обладают полной экологической чистотой [2].

Всего 15 лет назад применение топливных элементов в автомобилях воспринималось лишь как 'научная фантастика. Сейчас практически все автомобильные кампании уже продемонстрировали прототипы автомобилей, приводимых в движение топливными элементами [3], проходит опытная эксплуатация автобуса на топливных элементах, а в США принята программа по переводу автомобильного транспорта на топливные элементы, начиная с 2010 года[4].

Тем не менее, существующие на настоящее время водородно-кислородные топливные элементы обладают рядом существенных недостатков, препятствующих широкому внедрению этой технологии. Высокотемпературные топливные элементы непригодны для использования в автомобиле, поскольку их рабочая температура превышает 950°С. Для низкотемпературных топливных элементов нужны эффективные катализаторы, что приводит в настоящее время к необходимости использования платины или платиновых металлов. Однако, как будет показано ниже, использование платины не позволит широко использовать топливные элементы на практике.

Проблемы, связанные с платиной, следующие. Во-первых, цена платины и недостаток ее ресурсов. Современные оценки стоимости компонентов топливных элементов приводят к значениям от 200 до 2 ООО долл. США на кВт производимой энергии [4]. При этом на каждый кВт необходимо до 2 г платины. То есть двигатель среднего автомобиля мощностью 50 кВт будет стоить 10 ООО - 100 000 долл. США и будет включать до 100 г платины. Мировое производство автомобилей достигло в 2002 году 60 млн. единиц [5]. Для того чтобы оборудовать все автомобили топливными элементами потребуется 6 000 тонн платины. Даже если содержание платины будет снижено до теоретического предела, составляющего 0,2 г/кВт, платины потребуется намного больше ее годовой добычи (190 тонн). А количество платины, необходимое для замены всех ДВС на топливные элементы сравнимо с её мировым запасом (100 000 тонн) [6], при том, что существует также потребность в ТЭ для других видов транспорта и для домашних автономных источников электроэнергии.

Во-вторых, чувствительность к примесям окиси углерода и серосодержащим соединениям. Платиновые катализаторы отравляются окисью углерода в концентрации более 0.01 %, так при содержании окиси углерода (СО) 0.1% платиновый электрод необратимо теряет 99% активности за 10 мин[7]. В то же время технический водород, получаемый конверсией углеводородов, может содержать до 2% СО, что приводит к необходимости дополнительной очистки.

Одним из перспективны^ направлений является преобразование химической энергии органических отходов в электрическую [8]. Наиболее эффективен процесс, включающий промежуточное образование с помощью микроорганизмов водородсодержащего «биогаза» и дальнейшее его использование в ТЭ. При окислении водорода на топливном электроде непосредственно в культуре микроорганизмов удается значительно повысить степень переработки органических отходов и общий КПД системы. Однако применение традиционных платиновых топливных электродов в таких системах затрудненно отравлением катализатора примесью серосодержащих соединений, всегда присутствующих в «биогазе» и среде действия микроорганизмов [8]. Например сероводород отравляет платину в 100 раз эффективнее-СО.

В качестве альтернативы катализу благородными металлами предлагается использовать биологические катализаторы [9], [10], [11]. При этом в качестве катализатора окисления водорода используется гидрогеназа - фермент, участвующий в превращениях водорода в природе. Для создания водородного ферментного электрода необходимо объединить ферментативную реакцию и электродную. Наиболее привлекателен непосредственный обмен электронами между электродом и активным центром фермента - безмедиаторный биоэлектрокатализ [12].

Биоэлектрокатализ гидрогеназой был продемонстрирован более 20 лет назад [9, 13-15]. Тем не менее, необходимо было достижение прямого биоэлектрокатализа гидрогеназами на технологичных углеродных материалах, применяемых в энергетике.

Таким образом, целью настоящего исследования явилось создание водородных топливных электродов на основе ферментов с использованием технологичных материалов, демонстрация • и^ преимуществ по сравнению с платиновыми катализаторами, в частности, осуществление возможности поглощения молекулярного водорода непосредственно из среды микроорганизмов, что обеспечивает прямую конверсию химической энергии органических видов топлива в электрическую.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

выводы

1. Реализован безмедиаторный биоэлектрокатализ гидрогеназами, иммобилизованными на технологичные углеродные материалы. Предложены способы предобработки графитовых материалов - гидрофилизация и применение промоторов, позволяющие реализовать равновесный водородный потенциал. Показано, что ток обмена на молекулу катализатора для гидрогеназных электродов на 2-3 порядка выше, чем для платиновых.

2. Предложенный дизайн . поверхности электродов при помощи электр ополимеризованных проводящих полимеров на основе пирролов обеспечил увеличение эффективности биоэлектрокатализа более чем в 2 раза по сравнению с прямой сорбцией фермента. Этот метод позволяет реализовать биоэлектрокатализ гидрогеназами независимо от используемой основы электрода.

3. Исследован биоэлектрокатализ гидрогеназами из различных источников {Т. го$еорегз1ста, П. /гиМозоуогаж, £>. ЬасиШит и Як. сарБиШш). Показано, что наиболее эффективный биоэлектрокатализ демонстрирует наиболее активный фермент (£>. ЬасиШит).

4. Разработанные технологичные водородные топливные электроды на основе гидрогеназ сравнимы с платиновыми электродами по величине токов окисления л водорода, достигающих 4 мА/см . Ферментные электроды в отличие от платиновых не чувствительны к примесям, присутствующим в реальном водородсодержащем топливе.

5. Показана возможность использования водородных ферментных электродов для окисления водорода, выделяемого микроорганизмами непосредственно в культуральной жидкости, что обеспечит прямую конверсию химической энергии органических видов топлива в электрическую.

1. J.O.M. Bockris. Hydrogen economy in the future. Int.J.Hydrogen Energ., 1999. 24: p. 1-15.

2. R.J. Farrauto. From the internal combustion engine to the fuel cell: Moving towards the hydrogen economy, in Science and Technology in Catalysis 2002. 2003. p. 21-29.

3. L. Barretoa, A. Makihiraa, K. Riahia. The hydrogen economy in the 21st century: a sustainable development scenario. Int. J. Hydrogen Energy, 2003. 28: p. 267-284.

4. FY 2002 Progress Report for Hydrogen, Fuel Cells, and Infrastructure Technologies Program. 2002, U.S. Department of Energy: Washington. 646p.

5. The International Organization of Motor Vehicle Manufacturers. Year 2002 Statistics report. Last visited 09/08/2003.http://www.oica.net/htdocs/statistics/tableaux2002/worldprodcountry2002.pdf)

6. Platinum 2002. London: Johnson Matthey, 2002, 56p.»

7. H. Igarashi, T. Fujino, M. Watanabe. Hydrogen electro-oxidation on platinum catalysts in the presence of trace cabon monoxide. J. Electroanal. Chem., 1995. 391: p. 119-123.

8. U. Schroder, J. Niessen, F. Scholz. A generation of microbial fuel cells with current outputs boosted by more than one order of magnitude. Angew. Chem. Int. Ed., 2003. 42: p. 2880-2883.

9. И.В. Березин, С.Д. Варфоломеев, А.И. Ярополов, В.А. Богдановская, М.Р. Тарасевич. Биохимические топливные элементы. Гидрогеназа как катализатор окисления водорода в системе индикатор угольный электрод. Докл. АН СССР, 1975. 225: с. 105-108.I

10. I.V. Berezin, S.D. Varfolomeyev. Priciples of Bioelectrocatalysis. Enzyme Engineering, 1980. 5: p. 95-100.

11. С.Д. Варфоломеев. Конверсия энергии биокаталитическими системами. 1981, М.: МГУ. 256с.

12. A.I. Yaropolov, A.A. Karyakin, S.D. Varfolomeyev, I.V. Berezin. Mechanism of H2-electrooxidation with immobilized hydrogenase. Bioelectrochem. Bioenerg., 1984. 12 (3-4): p. 267-277.

13. S.D. Varfolomeyev, A.I. Yaropolov, I.V. Berezin, M.R. Tarasevich, V.A. Bogdanovskaya. Bioelectrocatalysis. Hydrogenase as catalyst of electrochemical hydrogen ionization. Bioelectrochem. Bioenerg., 1977. 4: p. 314-326.

14. B.A. Богдановская, С.Д. Варфоломеев, М.Р. Тарасевич, А.И. Ярополов. Биоэлектрокатализ. Активация водородной реакции иммобилизованной гидрогеназой. Электрохимия, 1980. 26 (6): с. 763-767.

15. S.D. Varfolomeyev, I.V. Berezin. Bioelectrocatalysis, the acceleration of electrode reactions with enzymes., in Advances in Physical Chemistry. 1982, M.: Mir, p. 60-95.

16. S. Thomas, M. Zalbowitz. Fuel cells green power. Los Alamos: Los Alamos9

17. National Laboratory. 1999, 36p.

18. H.B. Коровин. Топливные элементы. Соросовский образовательный журнал, 1998(10): с. 55-59.

19. M.L. Perry, T.F. Fuller. A Historical Perspective of Fuel Cell Technology in the 20th Century. J. Electrochem. Soc., 2002. 149 (7): p. S59-S67.

20. W.R. Grove. On a new voltaic combination. Philos. Mag., 1839. 14: p. 127.

21. Топливные элементы. Сборн. статей под ред. В. Митчелла. 1966, JL: Судостроение. 376с.

22. O.K. Давтян. Проблема непосредственного превращения химической энергии топлива в электрическую. 1947, М.: Изд-во АН СССР. 150с.

23. S.E. Wright. Comparison of the theoretical performance potential of fuel cells and heat engines. Renewable Energy, 2004. 29 (2): p. 179-195.

24. D.R. Stull, E.F. Westrum, G.C. Sinke. The Chemical Thermodynamics of Organic Compounds. 1969, New York: Willey. 548p.

25. B.A. Рабинович, З.Я. Хавин. Краткий химический справочник. 1994, СПб: Химия. 432с.

26. С. Haynes. Clarifying reversible effciency misconceptions of high temperature fuel cells in relation to reversible heat engines. J. Power Sources, 2001. 92: p. 199-203.

27. B. Thorstensen. A parametric study of fuel cell system effciency under full and part load operation. J. Power Sources, 2001. 92: p. 9-16.

28. K.B. Prater. Solid Polymer Fuel-Cell Developments At Ballard. J. Power Sources, 1992. 37(1-2): p. 181-188.

29. V. Mehta, J.S. Cooper. Review and analysis of РЕМ fuel cell design and manufacturing. J. Power Sources, 2003. 114: p. 32-53.

30. G.F. McLean, T. Niet, S. Prince-Richard, N. Djilali. An assessment of alkalinefuel cell technology. International Journal of Hydrogen Energy, 2002. 27 (5): p. 507-526.

31. K. Kinoshita. Electrochemical Oxygen Technology. 1992, New York: John Wiley & Sons.

32. A.J. Appleby. Fuel cell technology: Status and future prospects. Energy, 1996. 21 (7-8): p. 521-653.

33. R.M. Ormerod. Solid oxide fuel cells. Chem. Soc. Rev., 2003. 32 (1): p. 17-28.

34. C. Bernaya, M. Marchanda, M. Cassir. Prospects of different fuel cell technologies for vehicle applications. J. Power Sources, 2002. 108: p. 139-152.

35. B.S. Baker. Hydrocarbon fuel cell technology. 1965, New York: Academic press.

36. M. Guillodo, P. Vernoux, J. Fouletier. Electrochemical properties of Ni-YSZ cermet in solid oxide fuel cells Effect of current. Solid State Ionics, 2000. 127 (1-2): p. 99-107.

37. T.J. Schmidt, P.N. Ross Jr., N.M. Markovic. Temperature dependent surface electrochemistry on Pt single crystals in alkaline electrolytes. Part 2. The hydrogen evolution/oxidation reaction. J. Electroanal. Chem., 2002. 524-525: p. 252-260.

38. Биосенсоры./ под ред. Э. Тернера, И. Краубе, Д. Уилсона, 1992, М.: Мир, 615с.

39. И.В. Березин, В.А. Богдановская, С.Д. Варфоломеев, М.Р. Тарасевич, А.И. Ярополов. Биоэлектрокатализ. Равновесный кислородный потенциал в присутствии лакказы. Докл. АН СССР, 1978/240 (3): с. 615-617.

40. А.И. Ярополов, В. Маловик, С.Д. Варфоломеев, И.В. Березин. Электровосстановление пероксида водорода на электроде с иммобилизованной пероксидазой. Докл. АН СССР, 1979. 249 (6): с. 1399-1401.

41. А.И. Ярополов, А.А. Карякин, С.Д. Варфоломеев. Биоэлектрокатализ -феномен ускорения ферментами электродных процессов. Вестник МГУ, Сер.2., Химия, 1983. 24 (6): с. 523-535.

42. А.И. Ярополов, А.А. Карякин, И.Н. Гоготов, Н.А. Зорин, С.Д. Варфоломеев, И.В. Березин. Биоэлектрокатализ. Механизм окисления молекулярного водорода на электроде с иммобилизованной гидрогеназой. Физ. хим. 1984. 274 (6): с. 1434-1437.

43. L.H. Guo, H.A.O. Hill. Direct electrochemistry of proteins and enzymes. Adv. Inorg. Chem., 1991. 36: p. 341-375.

44. J.E. Frew, H.A.O. Hill. Direct and indirect electron transfer between electrodes and redox proteins. European J. Biochem., 1988. 172: p. 261-269.

45. P. Bianco, J. Haladjian. Electrocatalytic Hydrogen-Evolution At the Pyrolytic-Graphite Electrode in the Presence of Hydrogenase. J. Electrochem. Soc., 1992. 139 (9): p. 2428-2432.

46. P. Bianco, J. Haladjian. Electrocatalysis At Hydrogenase or Cytochrome C3-Modified Glassy-Carbon Electrodes. Electroanalysis, 1991. 3 (9): p. 973-977.

47. R. L. McCreery. Carbon electrodes: structural effects on electron transfer kinetics. Electroanal. Chem., 1991. 17: p. 221-374.

48. P.M. Allen, H.A.O. Hill, N.J. Walton. Surface modifiers for the promotion of direct electrochemistry of cytochrome c. J. Electroanal. Chem., 1984. 178: p. 69-86.

49. A. Volbeda, M.H. Charon, C. Piras, E.C. Hatchikian, M. Frey, J.C. Fontecilla-Camps. Crystal-Structure of the Nickel-Iron Hydrogenase From Desulfovibrio-Gigas. Nature, 1995. 373 (6515): p. 580-587.

50. C. Leger, A.K. Jones, S.P.J. Albracht, F.A. Armstrong. Effect of a dispersion of interfacial electron transfer ratés 'on steady state catalytic electron transport in NiFe.-hydrogenase and other enzymes. J. Phys. Chem. B, 2002. 106 (50): p. 13058-13063.

51. C. Leger, A.K. Jones, W. Roseboom, S.P.J. Albracht, F.A. Armstrong. Enzyme electrokinetics: Hydrogen evolution and oxidation by Allochromatium vinosum NiFe.-hydrogenase. Biochem., 2002. 41 (52): p. 15736-15746.

52. F.A. Armstrong. Dynamic Electrochemistry of Iron-Sulfur Proteins. Adv. Inorg. Chem., 1992. 38: p. 117-163.

53. S. Cosnier, C. Gondran. Fabrication of biosensors by attachment of biological macromolecules to electropolymerized conducting films. Analysis, 1999. 27 (7): p. 558564.

54. S. Cosnier. Biosensors based on immobilization of biomolecules by electrogenerated polymer films New perspectives. Appl. Biochem. Biotech., 2000. 89 (2-3): p. 127-138.

55. C. Mousty, B. Galland, S. Cosnier. Electrogeneration of a hydrophilic cross-linked polypyrrole film for enzyme electrode fabrication. Application to the amperometric detection of glucose. Electroanalysis, 2001. 13 (3): p. 186-190.

56. S. Cosnier, С. Gondran, R. Wessel, F.P. Montforts, M. Wedel. Poly(pyrrole-metallodeuteroporphyrin)electrodes: towards electrochemical biomimetic devices. J. Electroanal. Chem., 2000. 488 (2): p. 83-91.

57. А.А. Карякин, С.Д. Варфоломеев. Каталитические свойства гидрогеназ. Усп. хим., 1986. 55 (9): с. 1524-1549.'

58. Е.Н. Кондратьева, И.Н. Гоготов. Молекулярный водород в метаболизме микроорганизмов. 1981, М.: Наука. 342с.

59. Т. Yagi, М. Goto, К. Nakano, К. Kimura, Н. Inokuchi. New Assay Method For Hydrogenase Based On an Enzymic Electrode-Reaction Enzymic Electric Cell Method. J. Biochem., 1975. 78 (3): p. 443-454.

60. T. Ikeda, K. Takagi, H. Tatsumi, K. Kano. Electrochemical control of hydrogenase action of Desulfovibrio vulgaris (Hildenborough). Chem. Lett., 1997. 3: p. 5-6.

61. P.M. Vignais, B. Billoud, J. Meyer. Classification and phylogeny of hydrogenases.

62. FEMS Microbiol. Rev., 2001. 25 (4): p. 455-501.

63. M. Stephenson, L.H. Stickland. Hydrogenase. A Bacterial enzyme activating molecular hydrogen. Biochem. J., 1931. 25: p. 205-214.

64. DJ.D. Nicholas, D.J. Fisher, W.J. Redmond, M.A. Wright. Some Aspects of Hydrogenase Activity and Nitrogen Fixation in Azotobacter-Spp and in Clostridium-Pasteurianum. J. Gen. Microbiol., 1960. 22 (1): p. 191-205.

65. W. Lovenberg, J.C. Rabinowitz, B.B. Buchanan. Studies On Chemical Nature of Clostridial Ferredoxin. J. Biol. Chem., 1963. 238 (12): p. 3899-3905.

66. M.W.W. Adams. The Structure and Mechanism of Iron-Hydrogenases. Biochim. Biophys. Acta, 1990. 1020 (2): p. 115-145.

67. P. Gros, C. Zaborosch,* H.G. Schlegel, A. Bergel. Direct electrochemistry of Rhodococcus opacus hydrogenase for the catalysis of НАД+ reduction. J. Electroanal. Chem., 1996. 405 (1-2): p. 189-195.

68. S.P.J. Albracht. Nickel hydrogenases: in search of the active site. Biochim. Biophys. Acta, 1994. 1188: p. 167-204.

69. Н.А. Зорин, О.Н. Пашкова, И.Н. Гоготов. Выделение и характеристика двух форм гидрогеназы Thiocapsa roseopersicina. Биохимия, 1995. 60 (4): с. 515-521.

70. E.G. Graf, R.K. Thauer. Hydrogenase From Methanobacterium-Thermoautotrophicum, a Nickel-Containing Enzyme. FEBS Lett., 1981. 136 (1): p. 165169.

71. G. Buurman, S. Shima, R.K. Thauer. The metal-free hydrogenase from methanogenic archaea: evidence for a bound cofactor. FEBS Lett., 2000. 485 (2-3): p. 200-204.

72. E. Garcin, X. Vernede, E.C. Hatchikian, A. Volbeda, M. Frey, J.C. Fonticilla-Camps. The crystal structure of a reduced NiFeSe. hydrogenase provides an image of the activated catalytic center. Structure, 1999. 7: p. 557-566.

73. M. Bernhard, T. Buhrke, B. Bleijlevens, A.L. De Lacey, V.M. Fernandez, S.P.J. Albracht, B. Friedrich. The H2 sensor of Ralstonia eutropha. J. Biolog. Chem., 2001. 19: p. 15592-15597. • .

74. Н.А. Зорин, И.Н. Гоготов. Стабильность гидрогеназы из пурпурной серобактерии Thiocapsa roseopersicina. Биохимия, 1982. 47 (5): с. 827-833.

75. Д. Тоай, С.Д. Варфоломеев, И.Н. Гоготов, И.В. Березин. Кинетические закономерности инактивации бактериальных гидрогеназ. Молекул. Биол., 1976. 10 (2): с. 452-459.

76. Н.А. Зорин. Ингибирование гидрогеназы Thiocapsa roseopersicina различными соединениями. Биохимия, 1986. 51 (5): р. 770-774.

77. М.Б. Шерман, Е.В. Орлова, Е.А. Смирнова, Н.А. Зорин, И.В. Тагунова, И.П, Куранова, И.Н. Гоготов. Структура микрокристаллов гидрогеназы из Thiocapsa roseopersicina. Биофизика, 1987/295 (2): р. 509-512.

78. J.C. Fontecilla-Camps, М. Frey, Е. Garcin, С. Hatchikian, Y. Montet, С. Piras, X. Vernede, A. Volbeda. Hydrogenase: A hydrogen-metabolizing enzyme. What do the crystal structures tell us about its mode of action? Biochimie, 1997. 79 (11): p. 661-666.

79. Y. Higuchi, T. Yagi, N. Yasuoka. Unusual ligand structure in Ni-Fe active center and an additional Mg site in hydrogenase revealed by high resolution X-ray structure analysis. Structure, 1997. 5 (12): p. 1671-1680.

80. C. Bagyinka, J.P. Whitehead, M.J. Maroney. An X-Ray-Absorption Spectroscopic Study of Nickel Redox Chemistry in Hydrogenase. J. Am. Chem. Soc., 1993. 115 (9): p. 3576-3585.

81. A.L. deLacey, E.C. Hatchikian, A. Volbeda, M. Frey, J.C. FontecillaCamps, V.M. Fernandez. Infrared spectroelectrochemical characterization of the NiFe. hydrogenase of Desulfovibrio gigas. J. Am. Chem. Soc., 1997. 119 (31): p. 7181-7189.

82. A.C. Marr, D.J.E. Spencer, M. Schroder. Structural mimics for the active site of NiFe. hydrogenase. Coord. Chem. Rev., 2001. 219: p. 1055-1074.

83. S. Reissmann, E. Hochleitner, H.F. Wang, A. Paschos, F. Lottspeich, R.S. Glass, A. Bock. Taming of a poison: Biosynthesis of the NiFe-hydrogenase cyanide ligands. Science, 2003. 299 (5609): p. 1067-1070.

84. J. Coremans, J.W. Vanderzwaan, S.P.J. Albracht. Distinct Redox Behavior of Prosthetic Groups in Ready and Unready Hydrogenase From Chromatium-Vinosum. Biochim. Biophys. Acta, 1992. 1119 (2): p. 157-168.

85. J. Coremans, J.W. Vanderzwaan, S.P.J. Albracht. Redox Behavior of Nickel in Hydrogenase From Methanopacterium-Thermoautotrophicum (Strain Marburg)

86. Correlation Between the Nickel Valence State and Enzyme-Activity. Biochim. Biophys. Acta, 1989. 997 (3): p. 256-267.

87. P. Bertrand, F. Dole, M. Asso, B. Guigliarelli. Is there a rate-limiting step in the catalytic cycle of NiFe. hydrogenases? J. Biol. Inorg. Chem., 2000. 5: p. 682-691.

88. N.A. Zorin, B. Dimon, J. Gagnon, J. Gaillard, P. Carrier, P.M. Vignais. Inhibition by iodacetamide and acetylene of the H-D-exchange reaction catalysed by Thiocapsa roseopersicina hydrogenase. Eur. J. Biochem., 1996. 241: p. 675-681.

89. A.K. Jones, E. Sillery, S.P.J. Albracht, F.A. Armstrong. Direct comparison of the electrocatalytic oxidation of hydrogen by an enzyme and a platinum catalyst. Chem. Comm., 2002(8): p. 866-867.

90. DJ. Qian, C. Nakamura, K. Noda, N.A. Zorin,J. Miyake. Fabrication of an electrode-viologen-hydrogenase heterogeneous system and the electrochemical hydrogen evolution. Appl. Biochem. Biotech., 2000. 84-6: p. 409-418.

91. D.J. Qian, C. Nakamura, S.O. Wenk, H. Ishikawa, N. Zorin, J. Miyake. A hydrogen biosensor made of clay, poly(butylviologen), and hydrogenase sandwiched on a glass carbon electrode. Biosensors & Bioelectronics, 2002. 17 (9): p. 789-796.

92. D.J. Qian, C. Nakamura, N. Zorin, J. Miyake. Hydrogenase-poly(viologen) complex monolayers and electrochemical properties in Langmuir-Blodgett films. Colloids and Surfaces A-Physicochemical and Engineering Aspects, 2002. 198: p. 663669.

93. D.J. Qian, C. Nakamura, S. Wenk, T. Wakayama, N. Zorin, J. Miyake. Electrochemical hydrogen evolution by use of a glass carbon electrode sandwiched with clay, poly(butylviologen) and hydrogenase. Materials Lett., 2003. 57 (5-6): p. 1130-1134.

94. S.O. Wenk, DJ. Qian, T. Wakayama, C. Nakamura, N. Zorin, M. Rogner, J. Miyake. Biomolecular device for photoinduced hydrogen production. Int. J. Hydrogen Energy, 2002. 27 (11-12): p. 1489-1493.

95. H. Tatsumi, K. Takagi, M. Fujita, К. Капо, T. Ikeda. Electrochemical study of reversible hydrogenase reaction of Desulfovibrio vulgaris cells with methyl viologen as an electron carrier. Anal. Chem., 1999. 71 (9): p. 1753-1759.

96. K. Delecouls, P. Saint-Aguet, C. Zaborosch, A. Bergel. Mechanism of the catalysis by Alcaligenes eutrophus H16 hydrogenase of direct electrochemical reduction of НАД+. J. Electroanal. Chem., 1999. 468 (2): p. 139-149.

97. D.D. Schlereth, V.M. Ferriandez, M. Sanchezcruz, V.O. Popov. Direct Electron-Transfer Between Alcaligenes-Eutrophus Z-l Hydrogenase and Glassy-Carbon Electrodes. Bioelectrochem. Bioenerg., 1992. 28 (3): p. 473-482.

98. J. Cantet, A. Bergel, M. Comtat. Bioelectrocatalysis of Nad+ Reduction. Bioelectrochem. Bioenerg., 1992. 27 (3): p. 475-486.

99. S. Cosnier, C. Gondran, K. Gorgy, R. Wessel, F.P. Montforts, M. Wedel. Electrogeneration and characterization of a poly(pyrrole-nickel (II) chlorin) electrode. Electrochem. Comm., 2002. 4 (5): p. 426-430.

100. R. Thornele. Convenient Electrochemical Preparation of Reduced Methyl Viologen and a Kinetic Study of Reaction With Oxygen Using an Anaerobic Stopped-Flow Apparatus. Biochim. Biophys. Acta, 1974. 333 (3): p. 487-496.

101. I.N. Gogotov, N.A. Zorin, L.T. Serebryakova, E.N. Kondratieva. The properties of hydrogenase from Thiocapsa roseopersicina. Biochim. Biophys. Acta, 1978. 523: p. 335343.

102. Л.Т. Серебрякова. Гидрогеназы пурпурных и зеленых бактерий, диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук. Москва. 1990.

103. Б.Б. Дамаскин, O.A. Петрий. Введение в электрохимическую кинетику. 1983, М.: Высш. школа. 400с.

104. А.А. Карякин, А.И. Ярополов. Электрохимическая кинетика действия гидрогеназы из Thiocapsa roseopersicina. Химическая физика, 1990. 9 (9): р. 12371243.

105. К. Феттер. Электрохимическая кинетика. 1967, М.: Химия. 856с.

106. Н. McTavish, L.A. Sayavedra-Sodo, D.J. Arp. Comparison of isotope exchange, H2 evolution, and H2 oxidation activities of Azotobacter vinelandii hydrogenase.

107. Biochim. Biophys. Acta, 1996. 1294: p. 183-190.

108. И.Н. Гоготов, H.A. Зорин, E.H. Кондратьева. Очистка и свойства гидрогеназы из фототрофной бактерии Tiocapsa roseopersicina. Биохимия, 1976. 41 (3): р. 836-842.

109. J.-S. Chen, D.K. Blanchard. Purification and properties of the H2 -oxidizing (uptake) hydrogenase of the N2 -fixing anaerobe Clostridium pasterianum W5. Biochem. Biophys. Res. Comm., 1984. 122 (1): p. 9-16.

110. J. Daniel, R.H. Burris. Purification and properties of the particulate hydrogenase from the bacteroids of soybean root nodules. Biochim. Biophys. Acta, 1979. 570: p. 221230.

111. T.J. Shmidt, H.A. Gasteiger, R.J. Behm. Rotating disk electrode measurements on the CO tolerance of a high-surface area Pt/Vulcan carbon fuel cell catalyst. J. Electrochem. Soc., 1999. 146 (4): p. 1296-1304.