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模仿分子可以使汽车变绿

点击量:   时间:2017-07-02 18:11:36

作者:Andy Coghlan将氢分子分解成其原子的ENZYME替代品有助于为未来的绿色汽车提供动力该分子应该作为燃料电池的廉价催化剂,可以在不产生污染的情况下发电由林肯内布拉斯加大学的Robert Hembre领导的化学家制作了简化版的氢化酶这些酶是由许多细菌产生的,这些细菌在没有氧气的情况下存活并通过分解氢气获得能量目前依赖昂贵的铂催化剂的燃料电池通过相同的反应释放能量理论上,细菌氢化酶可用于催化燃料电池但细菌难以处理,暴露在空气中会死亡,而且它们产生的酶体积庞大,难以操作这意味着它们催化的氢破坏反应很难研究,因为它深埋在酶的内部,隐藏在视野之外为了更多地了解氢化酶的工作原理,化学家们一直在努力制作模仿真实物质的简单合成版本 “每个人都有兴趣建立一种能够完成新分子的分子,”Hembre说氢酶在酶中心的一对金属原子的帮助下分解氢通常,铁与镍并排放置在分子袋中,该袋可以排斥水但吸引氢气镍抓住氢分子,每个分子由两个结合在一起并共享两个电子的原子组成人们认为镍可以剥离两个电子,这两个电子很快被驱走了然后将两个质子 - 氢原子核 - 从口袋中弹出铁原子距离小于0.3纳米,被认为可以稳定镍必须采用的异常氧化态来发挥其功能到目前为止,化学家们一直在努力通过制作含有镍和铁的简单模拟来证实这种模型大多数尝试失败是因为分子不稳定并且一旦开始分解氢就会崩溃在细菌氢化酶中,周围蛋白质的大量片段阻止了这种情况的发生为了提高分子的稳定性,Hembre和他的同事转向其他金属他们最终成功地用氢化钌代替镍 - 氢化钌是一个与氢原子结合的单个钌原子 Hembre使用由称为环戊二烯基的烃环制成的分子支架将两种金属锚定在0.48纳米之间这些基团通常由蛋白质提供结构支持 “我们的分子与现实大相径庭,”Hembre承认道然而,当在溶液中暴露于氢气泡时,氢化酶模拟物与天然酶一样有效利用各种形式的光谱学,研究人员发现钌原子正在进行大部分的氢分解工作 Hembre和他的同事现在想把这个分子用在燃料电池中作为第一步,他们试图将酶模拟物固定在固体金属或碳载体上,从而将从氢中窃取的电子送入电路他们还希望制造含铁和镍的氢化酶 “我们还没有放弃这个,”Hembre说如果Hembre和他的同事成功,燃料电池可能会变得便宜得多钌比铂便宜十到十五倍,