Metalliske nanokatalysatorer imiterer strukturen af ​​enzymer

Et internationalt hold af forskere har overført visse strukturelle egenskaber ved naturlige enzymer, som sikrer særlig høj katalytisk aktivitet, til metalliske nanopartikler. Den ønskede kemiske reaktion fandt således ikke sted ved partikeloverfladen som normalt, men i kanaler inde i metalpartiklerne – og med tre gange højere katalytisk aktivitet. Et hold fra University of New South Wales, Australien, og Ruhr-Universität Bochum, Tyskland, rapporteret om disse nanozymer i Journal of the American Chemical Society , offentliggjort online den 23. september 2018.

I tilfælde af enzymer, de aktive centre, hvor den kemiske reaktion finder sted, er placeret inde. De reagerende stoffer skal passere gennem en kanal fra den omgivende opløsning til det aktive center, hvor den rumlige struktur giver særligt gunstige reaktionsbetingelser. "Det antages, for eksempel, at der hersker en lokalt ændret pH-værdi i kanalerne, og at det elektroniske miljø i de aktive centre også er ansvarlig for effektiviteten af ​​naturlige enzymer, siger professor Wolfgang Schuhmann, leder af Bochum Center for Elektrokemiske Videnskaber.

Kanaler fremstillet i nikkel-platin partikler

For kunstigt at efterligne enzymstrukturerne, forskerne producerede partikler af nikkel og platin omkring ti nanometer i diameter. De fjernede derefter nikkel ved hjælp af kemisk ætsning, hvorved kanaler blev dannet. I det sidste trin, de deaktiverede de aktive centre på partikeloverfladen. "Dette gjorde det muligt for os at sikre, at kun de aktive centre i kanalerne deltog i reaktionen, " forklarer Patrick Wilde, en ph.d.-kandidat ved Center for Elektrokemiske Videnskaber. Forskerne sammenlignede den katalytiske aktivitet af de på denne måde fremstillede partikler med aktiviteten af ​​konventionelle partikler med aktive centre på overfladen.

Til testen, holdet brugte iltreduktionsreaktionen, hvilken, blandt andet, danner grundlag for driften af ​​brændselsceller. Aktive centre for enden af ​​kanalerne katalyserede reaktionen tre gange mere effektivt end aktive centre på partikeloverfladen.

"Resultaterne viser det enorme potentiale af nanozymer, " opsummerer Dr. Corina Andronescu, en gruppeleder ved Center for Elektrokemiske Videnskaber. Forskerne ønsker nu at udvide konceptet til andre reaktioner, såsom elektrokatalytisk CO2-reduktion, og undersøge principperne for øget aktivitet mere detaljeret. "Vi vil gerne være i stand til at efterligne den måde, enzymer fungerer på endnu bedre i fremtiden, " tilføjer Schuhmann. "I sidste ende, Vi håber, at konceptet vil bidrage til industrielle anvendelser for at gøre energikonverteringsprocesser mere effektive ved at bruge elektricitet produceret fra vedvarende kilder."