@ 2016.01.06 , 16:10

科学家用纳米级反应堆制造出氢气

美国的研究人员们研发出了一种类似病毒的生物材料,它能廉价且干净地催化出氢气,有助于人们用新型环保手段生产生物燃料。

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研究人员们将一种被修饰过的酶藏在了一种病毒保护性的蛋白质外壳(即病毒衣壳)中。比起未经改变的酶,这种“纳米反应堆”催化的效率提升了一百五十倍。

美国印第安纳大学的化学家Trevor Douglas表示:“本质上来说,我们利用了病毒自我组装大量遗传物质的能力,以及这种脆弱而又敏感的酶摄入质子并吐出氢气的卓越性能。结果我们得到了一种像病毒的粒子,它能像复杂的材料那样,催化产生氢气。”

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为了创造出这种名为P22-Hyd的生物材料,该团队从常见的细菌大肠杆菌中提取了两种基因hyaA和hyaB,它们含有编码氢化酶的关键酶亚基。接着他们将这种酶插入了噬菌体P22的蛋白质衣壳中。

氢化酶和病毒衣壳融合的后果是人们能简单地利用发酵过程,高效地催化出大量氢气。相比其它形式的生物燃料,比如利用铂来催化氢气,这种方法更廉价且不会对环境带来负面影响。

Douglas说:“这种材料的催化性能堪比铂,同时它也可再生。你不需要挖矿来得到它;利用发酵技术你可以在室温下大量生成氢气;它能被生物降解。这是一种制作高端可持续材料的绿色手段。”

除了破坏水分子之间的化学键来产生氢气之外,P22-Hyd还能够从另外一种方面进行催化,将氢气和氧气重新结合在一起产生能量。

研究人员们使用的NiFe(氮-铁)氢化酶是自然界中发生的三种反应之一,它最适合这种任务,能够轻易地被整合到生物材料中且耐氧。比起未经改变的NiFe酶,它的耐热性和抵抗环境中化学物质的能力都大大增强。

Douglas表示:“以前没有人能够做到大批量生产足够的氢气。现在我们用这种可持续的方法能够产生大量氢气,同时产生氢气的效率也得到了很大提升。”

该研究被发表在自然化学期刊上。

本文译自 Sciencealert,由译者 肌肉桃 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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