Исследователи переносят структурные характеристики природных ферментов на металлические наночастицы

Некоторые структурные свойства природных ферментов обеспечивают определенную высокую каталитическую активность. Теперь международная группа исследователей перенесла структурные свойства этих ферментов на металлические наночастицы.

Исследователи дали эти металлические частицы в растворе особым свойством. (Image credit: RUB, Marquard)

Как обычно, требуемая химическая реакция, таким образом, не происходила на поверхности частицы, а вместо этого происходила в каналах внутри частиц металла, а также с каталитической активностью, которая была в три раза выше.

Исследовательская группа Ruhr-Universität Bochum, Германия и Университет Нового Южного Уэльса, Австралия, сообщили об этих нанозимах в Journal of the American Chemical Society который был опубликован в Интернете в сентябре 23 rd 2018.

Активные центры в каналах

В ферментах активные центры расположены внутри, и именно здесь происходит химическая реакция. Чтобы достичь активного центра, реагирующие вещества должны проходить через канал из окружающего раствора. В этом активном центре пространственная структура предлагает особенно благоприятные условия реакции.

Предполагается, например, что в каналах преобладает локально измененное значение рН и что электронная среда в активных центрах также отвечает за эффективность природных ферментов.

Вольфганг Шуман, профессор, Центр электрохимических наук Бохума.

Каналы, изготовленные из никель-платиновых частиц

Чтобы искусственно имитировать структуры ферментов, исследователи разработали частицы платины и никеля, которые измеряли приблизительно 10 нм в диаметре. Затем они удаляли никель посредством химического травления, что приводило к образованию каналов. На последнем шаге активные центры на поверхности частиц были дезактивированы исследователями.

Это позволило нам гарантировать, что в реакции участвовали только активные центры в каналах .

Патрик Уайльд, докторант, Бохумский центр электрохимических наук.

Затем команда оценила каталитическую активность частиц, разработанных таким образом, против каталитической активности традиционных частиц, имеющих активные центры на поверхности.

В три раза больше активности

Для испытания использовалась реакция восстановления кислорода, которая, помимо прочего, является основой работы топливных элементов. Было обнаружено, что по сравнению с активными центрами на поверхности частиц активные центры в конце каналов катализируют химическую реакцию в три раза эффективнее.

Результаты показывают огромный потенциал наноцимов.

Д-р Корина Андронеску, руководитель группы, Бохумский центр электрохимических наук.

Теперь команда намерена распространить эту идею на другие виды реакций, например, на электрокаталитическое восстановление СО 2 а также более подробно изучить принципы повышенной активности

Мы хотели бы иметь возможность подражать тому, как ферменты будут работать еще лучше в будущем. В конечном итоге мы надеемся, что эта концепция будет способствовать промышленным применениям, чтобы повысить эффективность процессов преобразования энергии с использованием электроэнергии, произведенной из возобновляемых источников .

Вольфганг Шуман, профессор, Центр электрохимических наук Бохума.

Source link