新型催化剂模拟光合作用 可使产能提高十倍

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【大纪元2021年11月24日讯】(大纪元记者高文森编译报导)自然界中植物通过光合作用制造糖分。麻省理工学院(MIT)的研究人员借鉴这样的机制,设计了一种光催化剂,能够吸收光线的能量来促进多种化学反应过程。

主要研究者之一MIT的化学副教授施劳-科恩(Gabriela Schlau-Cohen)说:“这种光催化剂以光线代替有害的(化学反应所需的)条件或试剂,可用于制造药品、农业化学品,并使得合成过程更高效、更环保。”

多数催化剂都可以降低反应发生所需的能量临界值。在过去二十多年来,化学家一直在寻找各种能够利用光能促进反应的催化剂。

研究人员与普林斯顿大学、北卡罗来纳州立大学(North Carolina State University)的同行合作进行实验后发现,这种新型光催化剂比现有的光催化剂更好,能够吸收所有波长的光线。

这份研究说,以前的研究都是使用同一种分子既负责吸收光线,又负责催化功能。这样的分子通常只能吸收特定波长的光线,所以吸光的效率不好。“自然界的光合作用就是把这两种功能分开执行,一种专门的蛋白负责吸收光线,把采集来的能量传递给另一种负责催化功能的蛋白。”

这份研究借鉴了这样的机制,也使用两种成分合起来制成新型光催化剂。

研究人员把制成的催化剂用于两类化学反应过程。一类是硫醇-烯(thiol-ene)偶合,将硫醇和烯烃连接起来形成硫醚(thioether);另一类是在肽(peptide)偶合后,用甲基取代剩余的硫醇基团。

研究称使用了新型光催化剂后,比以前仅用钌(ruthenium)催化剂的产能提升了十倍。而且,新型光催化剂在红光下也能起作用,这是现有的光催化剂达不到的效果。在红光作用下,这些反应所产生的副反应较少,对化合物的伤害也少,这在生物系统的反应中是很重要的优势。

研究介绍说硫醇-烯偶合反应在成像和感应、送药、生物分子稳定性方面经常用到,比如可用于合成脂肽(lipopeptides),促进抗原疫苗的吸收。第二类反应在肽合成方面有很多用途,比如制造可以治疗艾滋病的药物恩夫韦地(Enfuvirtide)。

研究称这种光催化剂还可用于促进木质素解聚反应,将木头等难以分解的植物材料制成生物燃料。

研究者表示他们接下来将不断替换里面的吸光蛋白和催化剂,以适应各种化学反应。

这份研究11月15日发表于细胞(Cell)出版社旗下的Chem期刊。◇#

责任编辑:叶紫微

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