Создан синтетический катализатор — аналог природных ферментов
Американские ученые совершили прорыв в создании искусственных катализаторов для производства более чистых химических веществ и топлива в промышленном масштабе, получив метанол — перспективное биотопливо.
Все живые организмы зависят от ферментов — молекул, ускоряющих биохимические реакции. Ученые десятилетиями пытаются создать искусственные ферменты, которые бы позволили поставить на поток производство важных химических веществ и топлива и соперничали бы по производительности с природными аналогами.
Специалисты из Стэнфордского университета и Национальной ускорительной лаборатории SLAC разработали синтетический катализатор, который вырабатывает химические вещества почти так же, как ферменты в живых организмах, пишет Science Daily.
Это открытие может привести к появлению промышленных энзимов для производства метанола с меньшими затратами энергии и денег. Метанол широко применяется в различных отраслях индустрии, в том числе — как альтернативный вид топлива.
Ученые разработали катализатор из нанокристаллов палладия, помещенных между слоями пористых полимеров, наделенных особыми каталитическими свойствами. И испытали его в стандартной химической реакции превращения моноксида углерода и кислорода в СО2, чтобы посмотреть, будет ли он так же, как фермент, ускорять реакцию и контролировать получение двуокиси углерода.
Для этого катализатор поместили в реактор с постоянным потоком моноксида углерода и газообразного кислорода. При нагревании до 150 градусов Цельсия катализатор начал вырабатывать СО2. Рентгеновская визуализация позволила разглядеть, что нанокристаллы палладия внутри катализатора постоянно реагировали с кислородом и моноксидом углерода, а некоторые молекулы СО2 застревали во внешних слоях полимера. Как только все эти слои заполнялись СО2, реакция останавливалась. То же самое происходит и с ферментами — этот механизм позволяет регулировать производство двуокиси углерода.
«Способность превращать метан в метанол при низких температурах — священный грааль катализа, — говорит Маттео Карнелло из Стэнфорда. — Наша долгосрочная цель — создать катализаторы, которые ведут себя как метанмонооксигеназа — природный фермент, который некоторые микробы используют для выработки метана».