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金属纳米催化剂模仿酶的结构

一个国际研究团队已经将天然酶的某些结构特征转移到金属纳米粒子上,这些特征确保了特别高的催化活性。因此,所需的化学反应不像通常那样在颗粒表面发生,而是在金属颗粒内部的通道中发生 - 并且催化活性高三倍。来自澳大利亚新南威尔士大学和德国波鸿鲁尔大学的团队在2018年9月23日在线发表的“美国化学学会杂志”上报道了这些纳米酶。

渠道中的活跃中心

在酶的情况下,发生化学反应的活性中心位于内部。反应物质必须通过从周围溶液到活性中心的通道,其中空间结构提供特别有利的反应条件。“例如,假设通道中存在局部改变的pH值,活性中心的电子环境也是天然酶效率的原因,”波鸿电化学中心负责人Wolfgang Schuhmann教授说。科学。

通道由镍 - 铂颗粒产生

为了人工模仿酶结构,研究人员生产了直径约10纳米的镍和铂颗粒。然后,他们通过化学蚀刻去除镍,从而形成通道。在最后一步中,它们停用了粒子表面上的活动中心。“这使我们能够确保只有通道中的活跃中心才能参与反应,”电化学科学中心的博士候选人Patrick Wilde解释道。研究人员将以这种方式产生的颗粒的催化活性与表面上具有活性中心的常规颗粒的活性进行了比较。

活动量增加三倍

为了进行测试,该团队使用了氧气还原反应,其中除其他外,还构成了燃料电池运行的基础。通道末端的活性中心比颗粒表面上的活性中心更有效地催化反应三倍。

“结果显示了纳米酶的巨大潜力,”电化学科学中心组长Corina Andronescu博士总结道。研究人员现在想要的概念扩展到其它反应,如电催化CO2还原,并调查活动增加的原理的更多细节。“我们希望能够模仿酶在未来更好地发挥作用的方式,”Schuhmann补充道。“最终,我们希望这一概念能够为工业应用做出贡献,以便利用可再生能源产生的电能提高能源转换过程的效率。”

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