Nikkelatom hjælper med at reducere kuldioxid

Forskere er tættere på at finde måder at omdanne kuldioxid i atmosfæren til industrielt nyttige kemikalier takket være en RIKEN-undersøgelse, der så på, hvordan naturen omdanner kuldioxid til mere komplekse organiske forbindelser - en af ​​de processer, der understøtter livets oprindelse.

At finde et energieffektivt middel til at omdanne kuldioxidgas til nyttige forbindelser er yderst attraktivt for at reducere udledningen af ​​drivhusgassen på en økonomisk levedygtig måde. I naturen, kuldioxid omdannes til kulilte og derefter til mere komplekse organiske forbindelser gennem reaktioner, der højst sandsynligt er knyttet til livets oprindelse på Jorden.

Disse reaktioner kan følge forskellige veje, men en særlig effektiv anvender enzymet carbonmonoxiddehydrogenase (CODH), som hjælper med at reducere de energimæssige omkostninger forbundet med det første trin i reaktionen:reduktionen af ​​kuldioxid til kulilte. Forståelse af CODH-enzymets katalytiske mekanisme kunne således bane vejen for miljøvenlige teknologiske anvendelser samt give vigtig indsigt i livets oprindelse på vores planet.

Hvert enzym har et specifikt aktivt sted, hvor de relevante reaktioner opstår. Nu, Ryuhei Nakamura fra RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS) og kolleger har foreslået, at et specifikt atom, nikkel, er nøglen til reaktionsmekanismen, der finder sted på det aktive sted for CODH-enzymet.

"CODH er et sjældent enzym, der bruger et nikkel-jernsulfidaktivt sted i stedet for de mere almindelige jernsulfidklynger, " forklarer Hideshi Ooka, medforfatter til artiklen. "Mens vores gruppe og andre allerede har rapporteret, at tilsætning af nikkel til jernsulfider forbedrer effektiviteten for reduktion af kuldioxid, grunden til, at nikkel er vigtigt, var ikke kendt på grund af manglen på in situ spektroskopiske undersøgelser, " siger Ji-Eun Lee, også af CSRS.

Holdet brugte tre uorganiske analoger af det aktive CODH-sted - en med jern og svovl og to med nikkel, jern og svovl - og fulgte kuldioxidreduktionen på de tre analoger ved hjælp af infrarød spektroskopi, mens det påførte elektriske potential blev varieret.

Kuldioxidreduktion fandt kun sted i nærvær af nikkel, som binder sig til kulstof, mens jern binder sig til ilt. Efterhånden som potentialet blev øget, jernsvovl- og nikkelklyngen katalyserede den yderligere reduktion af carbonmonoxid til formylgruppen, som derefter blev omdannet til metan og ethan.

Gennem deres arbejde, Nakamura og kolleger har givet en forståelse på molekylært niveau bag nikkel-forstærket reduktion af kuldioxid, tilbyder vigtig indsigt i udviklingen af ​​biomimetiske katalysatorer.

"Vores resultater viser også, at kuldioxidreduktion er mulig på overfladen af ​​mineraler, tyder på, at nikkel-jernsulfider kan have bidraget til præbiotisk fiksering af kuldioxid, " siger Nakamura.