En ny nanobio -katalysator til biobrændstoffer

(Phys.org) - Nanopartikler syntetiseret fra ædelmetaller såsom ruthenium, rhodium, palladium, sølv (Ag), osmium, iridium, platin, og guld (Au) tiltrækker øget opmærksomhed af forskere rundt om i verden på udkig efter fremskridt inden for områder som biomedicin og katalysatorer.

Forskere fra Argonne National Laboratory, Illinois Institute of Technology, og University of South Carolina, der arbejder på U.S. Department of Energy (DOE) faciliteter i Argonne, herunder Advanced Photon Source (APS), har haft succes med at syntetisere og karakterisere monodisperse guld-kerne sølvskallede nanopartikler ved hjælp af en bio-skabelon, der har potentiale som en vandopløselig katalysator til omdannelse af biomasse, såsom døde træer, grene og træstubbe, udklip i gården, træflis, og endda kommunalt fast affald til brændstoffer.

Ædelmetaller er attraktive veje til denne forskning, fordi, for én ting, i modsætning til uædle metaller, de er korrosionsbestandige, når de udsættes for fugtig luft.

Bimetalliske kerneskalskatalysatorer, hvor et metal er i midten, dvs. kernen, og den anden er på overfladen, eller skallen, give karakteristiske egenskaber, ofte en bedre reaktivitet, fordi kernemetalpartiklen kunne ændre gitterstammen af ​​skalmetallet, hvilket resulterer i en forskydning af metalmetallens elektroniske båndstruktur.

Sådan kerneskal, partikler i nanometerstørrelse undersøges i de fleste nationale laboratorier og universiteter.

Inden for bio uorganisk kemi, anvendelsen af ​​proteinbur-skabeloner er for nylig blevet udviklet som en lovende metode til syntese af metal-nanopartikelkatalysatorer af ensartet størrelse.

I denne forskning, proteinbureskabelonen er apoferritin (Apo), som er ferritinproteinet blottet for en jernkerne. Dette proteinkompleks består af 24 identiske underenheder og har en sfærisk form med en ydre diameter på 12 nm og et indre hulrum på 8 nm, som vist i den medfølgende figur.

8-nm hulrummet kan bruges som sted for en "nanoreaktor", hvor man kan syntetisere metal-nanopartiklerne. Forbindelsen mellem underenhederne består af 14 tomme kanaler, hver 3-4 Å i diameter. Disse fungerer som en vej mellem ydersiden og det indre af proteinkernen.

Metalionerne, som fungerer som nanoreaktoren, diffunderer ind i Apo's hule kerne gennem disse kanaler og efterfølgende reduktion af metalioner i hulrummet fører til en metalpartikel pr. Apo ferritin.

Mens syntesen af ​​kerneskal-nanopartikler er blevet foreslået, til dato har der ikke været nogen rapporter om en vellykket syntese af kerneskal-nanopartikler inde i Apo.

I en nylig publikation i Journal of Materials Chemistry , forskerne i denne undersøgelse rapporterer for første gang syntese af vandopløseligt, Apo-indkapslet, Au-core Ag-shell nanopartikler mindre end 5 nm i størrelse og med en snæver størrelsesfordeling, ved hjælp af en umodificeret Apo.

Partiklerne blev karakteriseret ved anvendelse af flere forskningsteknikker:røntgenstråling med lille vinkel udført ved røntgenvidenskabens divisions strålelinje 12-ID i APS; udvidet røntgenabsorbering af fine strukturmålinger ved Materials Research Collaborative Access Team 10-ID røntgenstråle, også på APS; scanning af transmissionselektronmikroskopi udført i Argonne elektronmikroskopi center; scannende elektronmikroskopi i Argonne Center for Nanoskala materialer; og hurtig proteinvæskekromatografi udført ved University of South Carolina.

Ved omhyggeligt at overvåge mængden af ​​sølvforløber, forskerne havde succes med at kontrollere Ag -skaltykkelsen fra et lag til flere lag.

Denne metode bør være vejen til fremstilling af andre kerneskal-nanopartikler, der kan fungere som nye, potentielt højtydende nanokatalysatorer til katalytiske biobrændstofreaktioner i fremtiden.

Sådanne kerneskal-nanopartikler dyrket på en proteinskabelon kan også undersøges for fremtidige lægemiddelleveringssystemer.