نانوراکتورهای مقلد سلول؛ جهشی در بازدهی فتوسنتز مصنوعی
محققان با الهام از ساختار پیچیده سلولهای زنده، نانوراکتوری ابداع کردهاند که میتواند با استفاده از نور مرئی، هیدروژن پراکسید (H2O2) را با بازدهی بالا تولید کند. این دستاورد گامی کلیدی در بومیسازی تکنولوژیهای تبدیل انرژی خورشیدی به سوختهای شیمیایی محسوب میشود. به گزارش آذرنگارنده، تیمی از دانشمندان مؤسسه فیزیک شیمی دالیان (DICP) چین، […]
محققان با الهام از ساختار پیچیده سلولهای زنده، نانوراکتوری ابداع کردهاند که میتواند با استفاده از نور مرئی، هیدروژن پراکسید (H2O2) را با بازدهی بالا تولید کند. این دستاورد گامی کلیدی در بومیسازی تکنولوژیهای تبدیل انرژی خورشیدی به سوختهای شیمیایی محسوب میشود.
به گزارش آذرنگارنده، تیمی از دانشمندان مؤسسه فیزیک شیمی دالیان (DICP) چین، با همکاری دانشگاه مغولستان داخلی، موفق به طراحی یک نانوراکتور توخالی از جنس CdS@polydopamine شدهاند. این سیستم سنتزی، دو استراتژی اصلی سلولهای زنده برای کنترل واکنشهای شیمیایی را بازسازی کرده است: ساختار چندسطحی محصور و رلههای انتقال پروتون.
مهندسی نانوسلول؛ کپیبرداری از هوشمندی طبیعت
در سلولهای بیولوژیکی، واکنشها در فضاهای بسیار کوچک و سازمانیافته انجام میشوند. محققان در این پژوهش از مفهومی به نام «مهندسی نانوسلول» (Nanocell Engineering) استفاده کردند. این نانوراکتور دارای یک پوسته متخلخل و یک حفره داخلی در مقیاس نانو است که محیطی محصور برای غنیسازی واکنشدهندهها، نفوذ جرم و بهداماندازی فوتونها فراهم میکند.
نوآوری در انتقال پروتون
یکی از ویژگیهای برجسته این نانوراکتور، استفاده از زوج اکسایش-کاهش «کاتکول/اورتو-بنزوکوینون» در پوسته پلیدوپامینی آن است. این ساختار برخلاف پمپهای پروتون فعال، مانند یک «رله پروتون» (Proton Relay) عمل کرده و با تکرار عمل پذیرش و اهدای پروتون، فرآیند انتقال الکترون جفتشده با پروتون (PCET) را تسریع میکند. این مکانیسم باعث میشود سرعت واکنشهای اکسایش آب و کاهش اکسیژن با هم متوازن شوند.
نتایج و کاربردها
طبق یافتههای منتشر شده در مجله معتبر JACS:
- نرخ تولید فتوسنتزی H2O2H_2O_2 به عدد ۳.۲۴ میلیمول بر گرم کاتالیزور در ساعت رسید.
- بازده تبدیل انرژی خورشیدی به شیمیایی (STC) معادل ۱.۲ درصد ثبت شد.
- کاتالیزورها در قالب یک هیدروژل سدیم آلژینات تثبیت شدند که قابلیت بازیافت و پایداری زیر نور طبیعی خورشید را فراهم میکند.
پروفسور کان لی، سرپرست این پژوهش، معتقد است این استراتژی راه را برای طراحی کاتالیزورهایی با عملکردهای پیچیده مشابه سلولهای زنده در حوزههای انرژی و شیمی سنتزی هموار میکند.
مرجع علمی:
Li H, et al. Biomimetic Redox-Mediated Proton Relay in Nanoreactors for Photocatalysis. Journal of the American Chemical Society (۲۰۲۶).
DOI: ۱۰.۱۰۲۱/jacs.6c08170