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金屬納米催化劑模仿酶的結構

知識經驗


金屬納米催化劑模仿酶的結構

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一個國際研究團隊已經將天然酶的某些結構特征轉移到金屬納米粒子上，這些特征確保了特別高的催化活性 。因此，所需的化學反應不像通常那樣在顆粒表面發生，而是在金屬顆粒內部的通道中發生 - 并且催化活性高三倍 。來自澳大利亞新南威爾士大學和德國波鴻魯爾大學的團隊在2018年9月23日在線發表的“化學學會雜志”上報道了這些納米酶 。
渠道中的活躍中心
在酶的情況下，發生化學反應的活性中心位于內部 。反應物質必須通過從周圍溶液到活性中心的通道，其中空間結構提供特別有利的反應條件 。“例如，假設通道中存在局部改變的pH值 ， 活性中心的電子環境也是天然酶效率的原因，”波鴻電化學中心負責人Wolfgang Schuhmann教授說 ?？茖W 。
通道由鎳 - 鉑顆粒產生
為了人工模仿酶結構 ， 研究人員生產了直徑約10納米的鎳和鉑顆粒 。然后，他們通過化學蝕刻去除鎳，從而形成通道 。在最后一步中，它們停用了粒子表面上的活動中心 。“這使我們能夠確保只有通道中的活躍中心才能參與反應 ， ”電化學科學中心的博士候選人Patrick Wilde解釋道 。研究人員將以這種方式產生的顆粒的催化活性與表面上具有活性中心的常規顆粒的活性進行了比較 。
活動量增加三倍
【金屬納米催化劑模仿酶的結構】為了進行測試，該團隊使用了氧氣還原反應，其中除其他外，還構成了燃料電池運行的基礎 。通道末端的活性中心比顆粒表面上的活性中心更有效地催化反應三倍 。
“結果顯示了納米酶的巨大潛力，”電化學科學中心組長Corina Andronescu博士總結道 。研究人員現在想要的概念擴展到其它反應，如電催化CO 2還原，并調查活動增加的原理的更多細節 。“我們希望能夠模仿酶在未來更好地發揮作用的方式，”Schuhmann補充道 。“最終，我們希望這一概念能夠為工業應用做出貢獻，以便利用可再生能源產生的電能提高能源轉換過程的效率 。