<p><img src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1680187220840/1680187220840.jpg" width="808" height="539" />伊利諾伊州香檳市&mdash;&mdash;研究人員表示，一種被稱為鎳鐵氫化酶的古老生物酶可能在為基于可再生能源的能源經(jīng)濟生產(chǎn)氫氣方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。 對這種酶的仔細研究促使伊利諾伊大學(xué)厄巴納-香檳分校的化學(xué)家設(shè)計出一種合成分子，該分子模擬了這種酶進行的產(chǎn)生氫氣的化學(xué)反應(yīng)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員在《自然通訊》雜志上報告了他們的發(fā)現(xiàn)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>目前，工業(yè)氫通常是通過電解過程從水中的氧原子中分離出氫氣分子來生產(chǎn)的。 為了在工業(yè)環(huán)境中促進這種化學(xué)反應(yīng)，鉑金屬被用作引導(dǎo)反應(yīng)的陰極催化劑。 然而，許多研究表明，隨著世界向更環(huán)保的能源方向發(fā)展，鉑金的昂貴和稀有性使其缺乏吸引力。</p> <p>&nbsp;</p> <p>另一方面，與研究生 Sagnik Chakrabarti 一起領(lǐng)導(dǎo)這項研究的化學(xué)教授 Liviu Mirica 說，大自然的鎳鐵氫化酶在其核心使用地球上豐富的金屬來產(chǎn)生氫氣。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;天然酶核心的鎳通過還原水中的質(zhì)子產(chǎn)生氫氣，&rdquo;Chakrabarti 說。 &ldquo;在催化過程中，鎳中心通過順磁性中間體，這意味著中間體有一個不成對的電子&mdash;&mdash;這使得它們的壽命極短。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>Mirica 說，十多年來，合成化學(xué)家已經(jīng)制造出可以產(chǎn)生氫氣的鎳化合物。 雖然其中一些化合物在生產(chǎn)氫氣方面非常有效，但其中絕大多數(shù)都是通過非順磁性的中間體運作的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;研究人員正試圖準確模仿自然界的行為，因為它是高效的，而最大化效率是設(shè)計能源時要克服的關(guān)鍵挑戰(zhàn)，&rdquo;Mirica 說。 &ldquo;能夠重現(xiàn)天然酶中發(fā)生的順磁性中間步驟是我們小組正在努力實現(xiàn)的目標&mdash;&mdash;提高效率并模仿自然。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>為實現(xiàn)這一目標，該團隊設(shè)計了一種稱為配體的有機分子，該分子包含氮和硫等供電子原子，可以將鎳固定在適當(dāng)位置并支持產(chǎn)生氫的兩種相關(guān)順磁態(tài)。 將該分子與其他催化劑區(qū)分開來的關(guān)鍵設(shè)計元素是在鎳中心附近存在碳氫鍵，該碳氫鍵在催化過程中被破壞并重新形成。 這對于穩(wěn)定上述順磁態(tài)至關(guān)重要。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我們工作的一個重要收獲是，通過以我們的方式使用專門設(shè)計的配體，我們成功地將無機化學(xué)兩個領(lǐng)域&mdash;&mdash;生物無機化學(xué)和有機金屬化學(xué)&mdash;&mdash;的想法結(jié)合起來，制造出與活性物質(zhì)相似的鎳絡(luò)合物。 自然界中最美麗、最復(fù)雜的酶之一，&rdquo;Chakrabarti 說。</p> <p>&nbsp;</p> <p>研究人員說，最近發(fā)現(xiàn)了幾種不尋常的酶，它們的活性位點具有金屬-碳鍵。 合成復(fù)合物中的此類設(shè)計原則可能會導(dǎo)致進一步深入了解自然界如何與氫等小分子進行化學(xué)反應(yīng)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>伊利諾伊州前研究人員 Soumalya Sinha、Giang N. Tran 和 Hanah Na 為這項研究做出了貢獻。 美國國家科學(xué)基金會支持這項研究。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Mirica 還隸屬于神經(jīng)科學(xué)項目、貝克曼高級科學(xué)技術(shù)研究所和伊利諾伊州卡爾伊利諾伊醫(yī)學(xué)院。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南留學(xué)態(tài)度觀點。</p> </blockquote>