日本九州大學(xué)和熊本大學(xué)的科學(xué)家開(kāi)發(fā)了一種新型催化劑，該催化劑能夠協(xié)助在能源和工業(yè)中使用氫的三個(gè)關(guān)鍵反應(yīng)。受自然界中三種酶的啟發(fā)，這項(xiàng)研究可以幫助闡明催化劑之間的未知關(guān)系，為將來(lái)將氫氣有效地用作下一代能源鋪平道路。

氫在燃料電池中用于發(fā)電時(shí)僅產(chǎn)生水，氫有望作為一種清潔能源來(lái)滿(mǎn)足全球面臨的環(huán)境挑戰(zhàn)。將氫確立為下一代能源的一個(gè)關(guān)鍵是催化劑的開(kāi)發(fā)-有助于并加速反應(yīng)而不會(huì)在過(guò)程中消耗的化學(xué)物質(zhì)-可有效利用氫。

催化劑不僅在分裂氫分子以在燃料電池中產(chǎn)生電能方面發(fā)揮作用，而且在將氫原子聚在一起形成燃料方面也發(fā)揮著作用。氫在化學(xué)工業(yè)中也有許多應(yīng)用，通常通過(guò)氫化過(guò)程附著在分子上以改變其特性。

大自然已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了自己的一套生物催化劑，稱(chēng)為酶，能夠進(jìn)行相同的基本反應(yīng)。但是，這三個(gè)反應(yīng)中的每一個(gè)都需要使用不同類(lèi)型的酶，并且這些氫化酶可以按它們所含的金屬進(jìn)行分組：鎳和鐵中的每個(gè)原子，鐵中的兩個(gè)原子或鐵中的單個(gè)原子。

九州大學(xué)的Seiji Ogo和熊本大學(xué)的Shinya Hayami領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)從自然界中汲取靈感，現(xiàn)在在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上報(bào)告說(shuō)，單一催化劑可以同時(shí)發(fā)揮全部三個(gè)作用。

九州大學(xué)化學(xué)系教授Ogo說(shuō)：“仔細(xì)研究自然界中三種類(lèi)型的氫化酶的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，我們能夠設(shè)計(jì)出一種分子，該分子可以模擬所有這些結(jié)構(gòu)，具體取決于氫附著的位置。”生物化學(xué)。

科學(xué)家開(kāi)發(fā)的催化劑含有鎳和鐵作為關(guān)鍵金屬。取決于反應(yīng)條件，氫原子將以略有不同的方式連接到分子，導(dǎo)致分子扭曲，使其處于最適合三種反應(yīng)類(lèi)型之一的構(gòu)型。

雖然自然界中的酶依賴(lài)于不同的金屬組來(lái)完成這些反應(yīng)，但新開(kāi)發(fā)的催化劑利用分子扭曲足以在類(lèi)似于三種酶的結(jié)構(gòu)之間切換的優(yōu)勢(shì)，從而在不改變金屬的情況下獲得了相似的功能。

Ogo解釋說(shuō)：“在某種程度上，我們創(chuàng)建了一個(gè)帶有方向盤(pán)的分子。”“通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)方向盤(pán)并扭曲分子的一部分，我們可以將其轉(zhuǎn)變?yōu)槿N不同類(lèi)型的催化劑，一種用于燃料電池，一種用于制氫，另一種用于氫化。”

Ogo補(bǔ)充說(shuō)：“這使我們能夠解開(kāi)以前交織在一起的三個(gè)功能。”

盡管該分子目前可能不適合實(shí)際應(yīng)用，但它指出了開(kāi)發(fā)具有多種用途的單一催化劑的可能性。更重要的是，對(duì)這種分子提供的催化過(guò)程的更好理解可以對(duì)天然酶和實(shí)現(xiàn)氫動(dòng)力社會(huì)的未來(lái)催化劑的發(fā)展提供至關(guān)重要的見(jiàn)解。