Naučnici osmislili novu strategiju za inženjering biomimetičkih nanoreaktora

Prirodne ćelije, kao sofisticirani sistemi meke materije, koriste višestepene zatvorene arhitekture i prostorno organizovane komponente kako bi pokretale biohemijske reakcije sa izuzetnom efikasnošću i specifičnošću. Prenošenje ovih ćelijskih principa na sintetičke nanomaterijale - odnosno stvaranje entiteta nalik ćelijama sa prilagođenim površinskim funkcijama i izdeljenim (kompartmentalizovanim) porama ili šupljinama putem inženjeringa nanoćelija, poznatih kao nanoreaktori - predstavlja moćan spoj ćelijske biologije i nanotehnologije,saopštio je Institut za hemijsku fiziku u Daljenu Kineske akademije nauka.

U studiji objavljenoj u Journal of the American Chemical Society, istraživački tim koji predvodi prof. Li Kan sa Instituta za hemijsku fiziku u Daljenu (DICP), u saradnji sa timom prof. Liju Đijana sa Univerziteta Unutrašnje Mongolije, konstruisao je šuplji CdS@polidopamin nanoreaktor koji integriše dve biomimetičke karakteristike.

Preporučujemo

Prvo, dinamički katehol/o-benzohinon redoks par u polidopaminskom omotaču funkcioniše kao relej protona, a ne kao aktivna pumpa, ubrzavajući prenos elektrona povezan sa protonima (PCET) kroz reverzibilno predavanje i prihvatanje protona. Drugo, kompartmentalizovana arhitektura nanoreaktora, koja se sastoji od šupljine nanometarskih razmera okružene poroznim omotačem, stvara zatvoreno mikrookruženje koje olakšava difuziju mase, obogaćivanje reaktantima i zarobljavanje fotona.

Ova sinergijska integracija pomaže u prevazilaženju neusklađenosti u vremenskim okvirima i kinetici reakcija između polureakcija redukcije kiseonika i oksidacije vode, omogućavajući brzinu fotosinteze vodonik-peroksida od 3,24 mm gcat.-1 h-1 u vodenom rastvoru pod osvetljenjem vidljivom svetlošću, uz efikasnost konverzije solarne u hemijsku energiju od 1,2%.

Kombinovanjem in situ spektroskopije, fotohemijske analize, simulacija metodom konačnih elemenata i teorijskih proračuna, istraživači su vizuelizovali biomimetički mehanizam i razjasnili fotokatalitički mehanizam zasnovan na heterospoju Z-sheme. Pored toga, enkapsulacija unutar ekološki prihvatljive matrice od natrijum-alginat hidrogela rezultira monolitnim i reciklabilnim fotokatalizatorima sposobnim za stabilnu sintezu vodonik-peroksida pod prirodnom sunčevom svetlošću.

- Naša studija pruža novu strategiju za inženjering biomimetičkih nanoreaktora koji sve vernije repliciraju sofisticirane funkcije živih ćelija, otvarajući nove mogućnosti u veštačkoj fotosintezi, energetskoj katalizi i sintetičkoj hemiji - rekao je prof. Li.

(Telegraf Nauka/DICP CAS)