ДНК помогла настроить катализаторы для получения водорода

Вызов традиционному пониманию ДНК исключительно как молекулы наследственности привел к появлению инновационных каталитических систем. Размещая нити ДНК с определенной последовательностью на золотых наночастицах, химикам удалось сформировать умную молекулярную сеть, которая направляет потоки ионов и радикально увеличивает выработку экологически чистого водорода.

Новая архитектура катализаторов способна направлять нужные реакции для более эффективного синтеза топлива будущего

Источник: Unsplash

Превратив генетический материал в строительный инструмент, химики корейского университета KAIST смогли добиться беспрецедентного контроля над электрохимическими процессами на наноуровне. Новая архитектура катализаторов способна направлять нужные реакции для более эффективного синтеза топлива будущего. Статья об открытии опубликована в Journal of the American Chemical Society.

Дизайн реакционной среды

Эффективность электрохимических реакций, таких как производство водорода или создание экологически чистых химикатов, зависит не только от самого катализатора, но и от среды вокруг него (кислотности и распределения ионов). Традиционно для управления этим микроокружением использовались специальные полимеры, однако они не давали возможности точечно настраивать внутренние структуры на нанометровом масштабе.

В качестве идеальной альтернативы исследователи выбрали гибкую одноцепочечную ДНК. Поскольку молекулы ДНК несут отрицательный заряд, они могут притягивать и направлять ионы. Нанося ДНК на поверхность крошечных золотых частиц размером от 1 до 100 нм, ученые обнаружили, что конкретный порядок расположения азотистых оснований (А, Т, Г и Ц) определяет форму внутренней молекулярной сети.

Покрытие работает как «регулировщик», позволяя нужным ионам двигаться быстрее, а другим — замедляться

Источник: Unsplash

Молекулярный центр управления

Анализ показал, что даже при одинаковой толщине покрытия ДНК-слой создает разные коридоры для движения частиц. Покрытие работает как «регулировщик», позволяя нужным ионам двигаться быстрее, а другим — замедляться. С помощью лазерной рамановской спектроскопии удалось в реальном времени наблюдать, как искусственно спроектированные слои ДНК изменяют локальный уровень pH и регулируют движение гидроксид-ионов.

Применение новой технологии к реакции выделения водорода и окисления глицерина показало потрясающие результаты. Эффективность процесса резко менялась в зависимости от последовательности внедренной ДНК, а выход ценных побочных химикатов для фармацевтики заметно увеличился. Способность программировать химические реакции без изменения самого катализатора станет важнейшим шагом на пути к углеродно-нейтральным технологиям будущего.

Ранее Наука Mail рассказывала про новый катализатор, который экологично удаляет фенолы из воды.