一個(gè)國(guó)際研究小組已經(jīng)將天然酶的一些結(jié)構(gòu)特征轉(zhuǎn)移到金屬納米顆粒上，這確保了特別高的催化活性。因此，所需的化學(xué)反應(yīng)不會(huì)像往常一樣發(fā)生在顆粒表面，而是發(fā)生在金屬顆粒內(nèi)部的通道中——催化活性要高三倍。來(lái)自澳大利亞新南威爾士大學(xué)和德國(guó)波鴻魯爾大學(xué)的團(tuán)隊(duì)在2018年9月23日在線發(fā)表的《美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志》上報(bào)道了這些納米酶。
頻道中的活動(dòng)中心
就酶而言，化學(xué)反應(yīng)的活性中心位于內(nèi)部。反應(yīng)物必須通過(guò)通道從周圍的溶液到達(dá)活性中心，在那里空間結(jié)構(gòu)提供了特別有利的反應(yīng)條件。波鴻電化學(xué)中心負(fù)責(zé)人沃爾夫?qū)媛淌谡f(shuō)：“例如，假設(shè)通道中存在局部變化的pH值，活性中心的電子環(huán)境也是天然酶效率的原因?？茖W(xué)。
通道是由鎳-鉑粒子產(chǎn)生的。
為了人工模擬酶的結(jié)構(gòu)，研究人員生產(chǎn)了直徑約為10納米的鎳和鉑顆粒。然后，他們通過(guò)化學(xué)蝕刻去除鎳，從而形成通道。在最后一步中，他們禁用了粒子表面的活動(dòng)中心。電化學(xué)科學(xué)中心博士生帕特里克王爾德解釋說(shuō)：“這使我們能夠確保只有通道中的活躍中心才能參與反應(yīng)。研究人員比較了以這種方式產(chǎn)生的粒子和表面有活性中心的傳統(tǒng)粒子的催化活性。
活動(dòng)增加三倍
為了測(cè)試，該團(tuán)隊(duì)使用了氧還原反應(yīng)，這是燃料電池運(yùn)行的基礎(chǔ)。通道末端的活性中心催化反應(yīng)的效率是顆粒表面活性中心的三倍。
“結(jié)果顯示了納米酶的巨大潛力，”電化學(xué)科學(xué)中心負(fù)責(zé)人Corina Andronescu博士總結(jié)道。研究人員現(xiàn)在希望將這一概念擴(kuò)展到其他反應(yīng)，如電催化CO2還原，并研究活性增加原理的更多細(xì)節(jié)。“我們希望模仿酶在未來(lái)發(fā)揮更好作用的方式，”舒曼補(bǔ)充道?！白詈?，我們希望這一理念能夠有助于工業(yè)應(yīng)用，從而利用可再生能源產(chǎn)生的電能來(lái)提高能源轉(zhuǎn)換過(guò)程的效率?！?
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