Требования к катализаторам трудно урегулироватьЧтобы подойти для промышленного применения, катализаторы должны быть эффективными, стабильными и доступными; кроме того, они должны быть сокращены портными для одной определенной химической реакции. «Объединение всех этих требований в одной молекуле является значительной проблемой», говорит доктор Николас Плумер от Отдела Химии в Руре-Universitat Бохум. Однако новый гидрогель, в который включены катализаторы, мог значительно упростить развитие катализаторов топливного элемента в будущем.
Чтобы исследовать эту возможность, исследователи из Бохума начали совместный проект с коллег от Института Макса Планка Химического энергетического Преобразования в Мюльхайме и из Университета Экс-Марсель и Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) во Франции.Гидрогель, действующий как растворитель и как защитная окружающая средаДля их экспериментов немецкая команда использовала hydrogenase фермент от зеленой морской водоросли Chlamydomonas rheinhardtii; это разделяет водород на протоны и электроны. Как правило, даже незначительные количества кислорода наносят необратимый ущерб этой биомолекуле.
Однако исследователи включили его в гидрогель, который принимает две функции: это действует как растворитель, гарантируя, чтобы все партнеры по реакции достигли фермента быстро и легко. В то же время это обеспечивает защитную окружающую среду, в которую кислород не может проникнуть до фермента, даже если это присутствует при относительно высоких концентрациях. Уловка: hydrogenase деятельность приводит к созданию электронов; они блуждают через гидрогель и переданы к кислороду, таким образом преобразовав его в безопасную форму, а именно, вода.Дизайн катализатора мог стать значительно легче в будущем
Используя моделирования и эксперименты, немецко-французская команда продемонстрировала другое важное свойство гидрогелей. Деятельность многих катализаторов уменьшается со временем из-за воздействия дезактивации молекул.
Некоторые могут быть предоставлены функциональные снова посредством специальных процессов оживления. В частности, однако, гидрогель защищает даже те катализаторы, для которых не существует процесс оживления. «В будущем мы больше не должны будем таким образом обращать внимание на надежность или подходящие процессы оживления, развивая катализаторы для технического применения», объясняет Олаф Рудиджер, Химик в Институте Макса Планка Химического энергетического Преобразования. «Мы можем сосредоточиться только на увеличении деятельности катализатора.
Это упростит процесс развития в значительной степени и откроет новые возможности для изготовления топливных элементов».Немецкий Исследовательский фонд финансировал проект как часть Группы RESOLV Превосходства (ЭКСКАВАЦИЯ 1069).
Французский подпроект был выполнен благодаря поддержке проекта A*MIDEX «MicrobioE» (n ° ANR 11 IDEX 0001 02) финансируемый французской Государственной программой «Investissements d’ Avenir».