نانورآکتور الهامگرفته از سلول فتوسنتز مصنوعی را متحول کرد
پژوهشگران با طراحی یک نانورآکتور زیستالهام موفق به ساخت سامانهای شدند که با تقلید از سازوکارهای سلولهای زنده، میتواند تحت نور مرئی پراکسید هیدروژن را با بازده بالا تولید کند. این دستاورد میتواند مسیر توسعه فناوریهای فتوسنتز مصنوعی، کاتالیز انرژی و شیمی سنتزی را هموار کند.
به گزارش گروه ترجمه خبرگزاری برنا به نقل از ساینس دیلی، این نانورآکتور که از ساختار CdS@پلیدوپامین تشکیل شده است دو راهبرد کلیدی مورد استفاده سلولهای زنده برای کنترل واکنشهای شیمیایی را در مقیاس نانومتری بازآفرینی میکند. نتایج این تحقیق در نشریه Journal of the American Chemical Society منتشر شده است. این پژوهش با هدایت کان لی از موسسه شیمی فیزیک دالیان وابسته به آکادمی علوم چین و با همکاری گروه جیان لیو از دانشگاه مغولستان داخلی انجام شده است.
سلولهای زنده با استفاده از ساختارهای چندلایه و فضاهای محدود، واکنشهای زیستی را بهصورت دقیق سازماندهی میکنند. مهندسی نانوسلول نیز با الهام از همین الگو، نانورآکتورهایی شبیه سلول طراحی میکند که دارای سطحی تخصصی و حفرهها یا محفظههای مجزا هستند و امکان کنترل واکنشها در ابعاد بسیار کوچک را فراهم میکنند.
پژوهشگران در این مطالعه دو ویژگی زیستالهام را در یک نانورآکتور توخالی ترکیب کردند. نخستین ویژگی، استفاده از یک جفت اکسایش-کاهش پویا از کاتکول/ارتو-بنزوکینون در پوسته پلیدوپامین است. این سامانه به جای پمپاژ مستقیم پروتونها بهعنوان یک واسطه عمل کرده و با پذیرش و واگذاری مداوم پروتونها، انتقال همزمان پروتون و الکترون (PCET) را تسریع میکند.
ویژگی دوم ساختار محفظهبندیشده نانورآکتور است. پوسته متخلخل بیرونی حفرهای در مقیاس نانو را احاطه کرده و محیطی محدود ایجاد میکند که موجب افزایش تجمع واکنشدهندهها، بهبود انتقال جرم و به دام افتادن فوتونهای نور میشود.
به گفته محققان ترکیب این دو قابلیت باعث ایجاد تعادل میان سرعت واکنش کاهش اکسیژن و اکسایش آب شده است. آزمایشها نشان داد این سامانه در محلول آبی و تحت تابش نور مرئی توانسته است پراکسید هیدروژن را با نرخ ۳٫۲۴ میلیمول بر گرم کاتالیست در ساعت تولید کند و به بازده ۱٫۲ درصدی تبدیل انرژی خورشیدی به انرژی شیمیایی دست یابد.
برای بررسی دقیق عملکرد این نانورآکتور پژوهشگران از طیفسنجی درجا، اندازهگیریهای فوتوشیمیایی، شبیهسازیهای اجزای محدود و محاسبات نظری استفاده کردند. نتایج این بررسیها نشان داد که عملکرد سامانه بر پایه یک اتصال ناهمگون از نوع Z-scheme است که سازوکار فوتوکاتالیستی آن را توضیح میدهد.
در گام بعدی تیم تحقیقاتی این ماده را درون یک هیدروژل زیستسازگار از جنس سدیم آلژینات محصور کرد. این روش امکان تولید فوتوکاتالیستهای جامد و قابل بازیافت را فراهم ساخت که توانستند در شرایط نور طبیعی خورشید نیز تولید پایدار پراکسید هیدروژن را حفظ کنند.
کان لی سرپرست این پژوهش گفت: این مطالعه راهبردی جدید برای طراحی نانورآکتورهای زیستالهام ارائه میکند که هرچه بیشتر عملکردهای پیچیده سلولهای زنده را بازسازی میکنند و فرصتهای تازهای را در حوزه فتوسنتز مصنوعی، کاتالیز انرژی و شیمی سنتزی به وجود میآورند.
انتهای پیام/
