20:19 2023-03-29
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Imitarea enzimelor biologice poate fi cheia producerii de combustibil de hidrogen
_ Mimarea enzimelor biologice poate fi cheia la producția de combustibil de hidrogen
O enzimă biologică veche cunoscută sub numele de hidrogenază de nichel-fier poate juca un rol cheie în producerea hidrogenului pentru o economie energetică bazată pe surse regenerabile, au descoperit cercetătorii. Studiul atent al enzimei i-a determinat pe chimiștii de la Universitatea din Illinois Urbana-Champaign să proiecteze o moleculă sintetică care imită reacția chimică de producere a hidrogenului gazos, efectuată de enzimă.
The cercetătorii și-au raportat descoperirile în revista Nature Communications.
În prezent, hidrogenul industrial este produs de obicei prin separarea moleculelor de hidrogen gazos de atomii de oxigen din apă, folosind un proces numit electroliză. Pentru a stimula această reacție chimică în mediul industrial, metalul de platină este folosit ca catalizator în catozii care dirijează reacția. Cu toate acestea, multe studii au arătat că costul și raritatea platinei o fac neatractivă pe măsură ce lumea se îndreaptă către surse de energie mai ecologice.
Pe de altă parte, enzima nichel-fier hidrogenază a naturii produce hidrogen folosind pământ- metale abundente în miezul său, a spus profesorul de chimie Liviu Mirica, care a condus studiul împreună cu studentul absolvent Sagnik Chakrabarti.
„Nichelul din miezul enzimei naturale produce hidrogen prin reducerea protonilor din apă”, a spus Chakrabarti. . „În timpul procesului catalitic, centrul de nichel trece prin intermediari paramagnetici, ceea ce înseamnă că intermediarii au un electron nepereche, ceea ce îi face să aibă o durată de viață extrem de scurtă.”
Chimiștii sintetici au făcut compuși de nichel care produc hidrogen de mai mult. un deceniu, a spus Mirica. În timp ce unii dintre acești compuși sunt foarte eficienți în producerea de hidrogen, marea majoritate funcționează prin intermediari care nu sunt paramagnetici.
„Cercetătorii încearcă să imite exact ceea ce face natura, deoarece este eficientă și maximizează eficiența. este o provocare cheie de depășit atunci când proiectăm surse de energie”, a spus Mirică. „A fi capabil să reproducă pașii intermediari paramagnetici care apar în enzima naturală este ceea ce grupul nostru încearcă să obțină – să crească eficiența și să mimeze natura.”
Pentru a realiza acest lucru, echipa a conceput o moleculă organică numită un ligand care conține atomi donatori de electroni, cum ar fi azotul și sulful, și poate menține nichelul în loc și poate susține cele două stări paramagnetice relevante care produc hidrogen. Elementul cheie de proiectare care diferențiază această moleculă de alți catalizatori este prezența unei legături carbon-hidrogen în apropierea centrului de nichel, care este ruptă și formată din nou în timpul catalizei. Acest lucru a fost crucial în stabilizarea stărilor paramagnetice menționate mai sus.
„Una dintre concluziile cheie din munca noastră este că, utilizând ligandul special conceput în modul în care am făcut-o, am unit cu succes ideile din două domenii de anorganic. chimie — chimie bioanorganică și organometalice — pentru a face complecși de nichel care se comportă similar cu locul activ al uneia dintre cele mai frumoase și complicate enzime ale naturii”, a spus Chakrabarti.
În trecutul recent, au fost găsite câteva enzime neobișnuite. care prezintă legături metal-carbon în locurile lor active, au spus cercetătorii. Astfel de principii de proiectare în complexele sintetice ar putea conduce la mai multe perspective asupra modului în care natura efectuează chimie cu molecule mici precum hidrogenul.
Foștii cercetători din Illinois Soumalya Sinha, Giang N. Tran și Hanah Na au contribuit la acest studiu.
Comentarii:
Adauga Comentariu