氧氣是能量轉(zhuǎn)化生物催化劑的最大敵人。保護膜可以屏蔽它們-但只能添加其他成分：碘化物鹽。

與理論預(yù)測相反，即使在保護膜下，氧氣也會在短時間內(nèi)使生物催化劑失活，從而實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。波鴻魯爾大學(xué)(RUB)的Resolv卓越集群研究團隊發(fā)現(xiàn)了以下原因：過氧化氫在保護膜上形成。向電解質(zhì)中添加碘化物鹽可以防止這種情況的發(fā)生，并大大延長催化劑的壽命。來自Resolv的NicolasPlumeré教授，來自萊布尼茲分析科學(xué)研究院的ErikFreier博士和多特蒙德的馬克斯·普朗克化學(xué)能轉(zhuǎn)化研究所的WolfgangLubitz教授組成的團隊在《自然通訊》中報告了他們的發(fā)現(xiàn)。

在幾秒鐘內(nèi)停用

生物和生物啟發(fā)的催化劑種類繁多，其催化性能接近貴金屬催化劑。然而，它們并未廣泛用于能量轉(zhuǎn)換過程。其原因是它們的不穩(wěn)定。NicolasPlumeré解釋說：“與可持續(xù)能源系統(tǒng)相關(guān)的一些活性最高的小分子轉(zhuǎn)化催化劑對氧氣是如此敏感，以至于它們在接觸氧氣后幾秒鐘內(nèi)就會完全失活?！?/p>

該研究小組最近發(fā)現(xiàn)，具有氧化還原活性的薄膜可以保護受生物啟發(fā)的生物甚至是諸如氫酶的生物催化劑。理論模型預(yù)測，對氧氣的保護應(yīng)無限期地持續(xù)。但是，在實驗中，這種保護到目前為止僅有效了幾個小時?！斑@與我們的理論計算相矛盾，即使考慮到相同催化劑在無氧環(huán)境中的壽命也無法解釋，”Plumeré說。后者長達六個星期且營業(yè)額不變。

方法的組合探索問題

這導(dǎo)致研究人員得出結(jié)論，要么對氧氣的保護機制尚未了解，要么除了被氧氣鈍化外，還會發(fā)生其他有害過程。為了對此進行調(diào)查，他們結(jié)合了多種方法，使他們能夠詳細檢查受保護層中發(fā)生的情況。由ErikFreier在實驗室中進行的共聚焦熒光顯微鏡和相干的抗Stokes拉曼散射相結(jié)合，以及用于分析保護基質(zhì)的電化學(xué)分析表明：保護過程導(dǎo)致過氧化氫的積累，從而促進了對催化膜的破壞。

研究人員表明，即使碘鹽暴露在高氧氣濃度下，以恒定的營業(yè)額，過氧化氫與碘化物鹽的分解也會延長用于氫氧化的加氫酶的半衰期，直至長達一周?！翱偟膩碚f，我們的數(shù)據(jù)證實了氧化還原膜使對氧敏感的催化劑完全不受氧直接失活的理論，”Plumeré總結(jié)道?！暗牵匾氖沁€要抑制過氧化氫的產(chǎn)生，以實現(xiàn)對氧化應(yīng)激的完全保護?！?/p>

研究人員說：“我們的工作表明，向電解質(zhì)中添加碘鹽的簡單策略足以顯著降低生物催化劑的失活率?！彼麄冋J(rèn)為，這將使其他電催化過程在實際應(yīng)用中得以廣泛實施。這也包括能量轉(zhuǎn)換過程，例如通過減少二氧化碳產(chǎn)生太陽能燃料以及精細或堿性化學(xué)物質(zhì)(例如氨)的電合成。