یک تیم بین‌المللی از محققان، برخی از ویژگی‌های ساختاری آنزیم‌های طبیعی را به نانوذرات فلزی انتقال داده‌اند. این ویژگی‌ها سطح بالای فعالیت‌های کاتالیتیکی را تضمین می‌کنند. بنابراین واکنش شیمیایی مورد نظر در سطح ذره رخ نمی‌دهد، بلکه در کانال‌های موجود در ذرات فلزی و با فعالیت کاتالیتیکی بیشتر (سه برابر بیشتر) انجام خواهد شد. یافته‌های این مطالعه در مجله American Chemical Society منتشر شده‌است.
جایگاه‌های فعال در کانال‌ها
جایگاه فعال آنزیم در داخل ساختار آن قرار گرفته‌است و واکنش‌های شیمیایی در آن رخ می‌دهند. مواد واکنش‌دهنده پس از عبور از کانال موجود در محلول پیرامون، به جایگاه فعال آنزیم منتقل می‌شوند. ساختار فضایی این جایگاه شرایط مطلوب برای انجام واکنش را فراهم می‌کند.
پروفسور Wolfgang Schuhmann، محقق ارشد این مطالعه، گفت: “برای مثال، این‌گونه تصور می‌کنیم که مقداری pH تغییریافته موضعی در کانال‌ها وجود دارد و محیط الکترونیکی در جایگاه فعال نیز مسئول کارآیی آنزیم‌های طبیعی است.”
کانال‌های تولید شده در ذرات نیکل-پلاتین
محققان به‌منظور پیروی مصنوعی از ساختارهای آنزیمی، ذرات نیکل-پلاتین کوچکی را طراحی کرده‌اند که تقریباً ۱۰ نانومتر قطر دارند. سپس با حدف نیکل به‌وسیله لایه‌برداری شیمیایی، کانال‌هایی را در این نانوساختارها ایجاد نمودند و در نهایت، جایگاه‌های فعال در سطح ذرات را غیرفعال کردند.
Patrick Wilde، یکی از همکاران این مطالعه، افزود: “عملکرد مذکور، این اطمینان را در ما حاصل کرد که فقط جایگاه‌های فعال موجود در کانال‌ها در انجام واکنش‌های شیمیایی شرکت دارند.” محققان فعالیت کاتالیتیکی ذرات تولیدشده در این روش را با فعالیت ذرات متعارف که جایگاه‌های فعال آن‌‌ها در سطح ذرات قرار گرفته‌اند، مقایسه نمودند.
سه برابر فعالیت بیشتر
محققان برای انجام این آزمایش از واکنش احیای اکسیژن که اساس عملکرد سلول‌های سوختی را تشکیل می‌دهد، استفاده کردند. کاتالیز واکنش‌های ایجاد شده در جایگاه‌های فعال انتهای کانال‌ها، سه برابر مؤثرتر از واکنش‌های رخ داده در جایگاه‌های فعال موجود در سطح ذره است.
دکتر Corina Andronescu، سرپرست این تیم تحقیقاتی در مرکز علوم الکتروشیمیایی، افزود: “نتایج یافته‌های ما نشان‌دهنده پتانسیل فراوان نانوزیم‌ها است.” امروزه محققان درصدد توسعه و تعمیم این عقیده کلی در واکنش‌های دیگر نظیر کاهش CO۲ الکتروکاتالیتیک و بررسی جزئیات مبانی فعالیت افزایش‌یافته هستند. Schuhmann ادامه داد: “ما برآنیم که بتوانیم از روش‌های آنزیمی بهره ببریم که عملکرد بهتری دارند. در نهایت، ما امیدواریم که بتوان از این مفهوم در زمینه کاربردهای صنعتی به‌منظور کارآمدتر کردن فرآیندهای تبدیل انرژی با استفاده از برق تولید شده از منابع تجدیدپذیر استفاده کرد.”
☑ لینک خبر
☑ لینک مقاله
