Биокатализаторы могут стать «бессмертными»
Москва, 13:30, 10 Окт 2019, редакция FTimes.ru, автор Евгения Ковалева.
Ученым из Бохума и Марселя удалось поместить биокатализатор в очень тонкую защитную пленку, делающую его срок службы практически неограниченным.
Эффективные катализаторы для превращения водорода в электричество обычно основаны на дорогих, редких металлах, вроде платины. Использование дешевых элементов и биологических компонентов с сохранением производительности значительно сокращает срок службы материала из-за чувствительности к кислороду. Исследователи из Русского университета Бохума и Национального центра научных исследований Марселы решили проблему за счет тонкой защитной пленки из молекулярных компонентов, сообщает sciencedaily.com. Результаты работы команда представила в Journal of the American Chemical Society.
Группа некоторое время пыталась создать долговечный биокатализатор с чувствительными к кислороду гидрогеназами.
«Мы разработали механизм самозащиты, основанный на проводящей полимерной пленке, около 5 лет назад, — сказал профессор Николас Плумере (РУБ). – Элеткроны, выделяющиеся при окислении водорода, передаются по пленке и реагируют с кислородом, удаляя его до попадания внутрь катализатора. Но на практике использовать систему не удалось. Толщина пленки, боле 100 мкм, была слишком большой для эффективного катализа».
Новое исследование показало, что гидрогеназу защищает даже меньший слой.
«Удивительно, но пленки, толщиной всего несколько мкм, справляются с задачей лучше толстых аналогов, — сказал Плумере. – В катализе участвует 50% материала. При использовании толстой защиты доля составляла 0,3%».
Ключом к успеху стали элементы оболочки. Ученые использовали дендримеры – сферы, диаметром 5 нм, имеющие идентичную структуру. Это позволило точно контролировать толщину слоя.
Дендримеры могут передавать электроны эффективнее полимеров, использованных ранее.
«Это повысило проводимость. Электроны быстрее проходили пленку, останавливая кислород дальше от катализатора», — объяснил Плумере.
В оболочке, толщиной 3 мкм, катализатор держался около 10 мин. Пленка в 6 мкм обеспечивала работоспособность на год при аналогичных условиях.
«Теоретически, дополнительные 2 мкм продлят срок службы до 22 000 лет», — отметили исследователи.
Пленка не только защищает от кислорода, но и реактивирует катализатор, делая его фактически бессмертным.
