من خلال تحويل المواقع الحمراء والزرقاء والخضراء لجزيء واحد مثل تحويل عجلة القيادة للسيارة ، يمكن تحويل جزيء واحد طوره الباحثون في اليابان إلى ثلاثة أنواع من المحفزات لخلايا الوقود أو إنتاج الهيدروجين أو الهدرجة. تساعد الرؤى الجديدة من هذا العمل على تفكيك العلاقات بين ثلاثة محفزات كانت متشابكة سابقًا. من حساب : جامعة كيوشو
in ,

جعل الالتفاف الجزيئي محفزًا مفيدًا لثلاثة تطبيقات للهيدروجين

من خلال تحويل المواقع الحمراء والزرقاء والخضراء لجزيء واحد مثل تحويل عجلة القيادة للسيارة ، يمكن تحويل جزيء واحد طوره الباحثون في اليابان إلى ثلاثة أنواع من المحفزات لخلايا الوقود أو إنتاج الهيدروجين أو الهدرجة. تساعد الرؤى الجديدة من هذا العمل على تفكيك العلاقات بين ثلاثة محفزات كانت متشابكة سابقًا. من حساب : جامعة كيوشو

طور علماء من جامعة كيوشو وجامعة كوماموتو في اليابان محفزًا جديدًا قادرًا على مساعدة ثلاث تفاعلات رئيسية لاستخدام الهيدروجين في الطاقة والصناعة. مستوحى من ثلاثة أنواع من الإنزيمات في الطبيعة ، يمكن أن يساعد هذا البحث في توضيح العلاقات غير المعروفة بين المحفزات ، مما يمهد الطريق للاستخدام الفعال لغاز الهيدروجين كمصدر للطاقة من الجيل التالي في المستقبل.

ينتج الماء فقط عند استخدامه في خلية وقود لتوليد الكهرباء ، ويعد الهيدروجين  كمصدر كبير للطاقة النظيفة لمواجهة التحديات البيئية في جميع أنحاء العالم. أحد مفاتيح إنشاء الهيدروجين كمصدر للطاقة من الجيل التالي هو تطوير المحفزات – المواد الكيميائية التي تساعد وتسرع التفاعلات دون استهلاكها في العملية – التي تساعد على استخدامه بكفاءة.

تلعب المحفزات دورًا ليس فقط في تقسيم جزيئات الهيدروجين لتوليد الكهرباء في خلايا الوقود ولكن أيضًا في تجميع ذرات الهيدروجين معًا لتكوين الوقود. يحتوي الهيدروجين أيضًا على العديد من التطبيقات في الصناعة الكيميائية ، وغالبًا ما يتم إرفاقه بالجزيئات من خلال عملية الهدرجة لتعديل خصائصها.

طورت الطبيعة بالفعل مجموعتها الخاصة من المحفزات البيولوجية والمعروفة باسم الإنزيمات ، القادرة على نفس التفاعلات الأساسية. ومع ذلك ، يتطلب كل من هذه التفاعلات الثلاثة نوعًا مختلفًا من الإنزيم ، ويمكن تجميع هذه الإنزيمات الهيدروجينية من المعادن التي تحتوي عليها: ذرة كل من النيكل والحديد ، ذرتين من الحديد ، أو ذرة واحدة من الحديد.

تشير فرق البحث بقيادةسيجاي اوجو  من جامعة كيوشو و شينيا هايامي  من جامعة كيوماموتو الى دراسة مستوحاة من الطبيعة في مجلة Science Advances : أن محفزًا واحدًا يمكنه أداء جميع الأدوار الثلاثة.

قال أوغو ، أستاذ قسم الكيمياء بجامعة كيوشو: “بالنظر عن كثب إلى الهياكل الرئيسية للأنواع الثلاثة من إنزيمات الهيدروجينيز في الطبيعة ، تمكنا من تصميم جزيء يمكنه أن يحاكي جميع هذه الهياكل اعتمادًا على مكان ارتباط الهيدروجين به”. الكيمياء الحيوية.

يحتوي المحفز الذي طوره العلماء على النيكل والحديد كمعادن رئيسية. اعتمادًا على ظروف التفاعل ، ستتصل ذرات الهيدروجين بالجزيء بطريقة مختلفة قليلاً ، مما يؤدي إلى انحراف الجزيء الذي يضعه في التكوين الأنسب لأحد أنواع التفاعلات الثلاثة.

في حين تعتمد الإنزيمات في الطبيعة على مجموعات مختلفة من المعادن لإنجاز هذه التفاعلات ، فإن المحفز المطور حديثًا يستفيد من الالتواء الجزيئي و هذا كافي للتبديل بين الهياكل المشابهة لتلك الأنواع الثلاثة من الإنزيمات ، وبالتالي الحصول على وظائف مماثلة دون تغيير المعادن .

“بطريقة ما ، قمنا بإنشاء جزيء عليه عجلة قيادة” ، يوضح أوغو. “من خلال تدوير عجلة القيادة وأجزاء الجزيء ، يمكننا تحويلها إلى ثلاثة أنواع مختلفة من المحفزات – أحدهما لخلايا الوقود ، والآخر لإنتاج الهيدروجين ، والآخر للهيدروجين.”

ويضيف اوجو ، “لقد سمح لنا هذا بالكشف عن ثلاث وظائف كانت متشابكة سابقًا.”

في حين أن الجزيء قد لا يكون مناسبًا للتطبيقات العملية في الوقت الحاضر ، فإنه يشير إلى إمكانية تطوير محفز واحد مع استخدامات متعددة. والأهم من ذلك ، أن الفهم الأفضل للعمليات الحفازة التي يوفرها هذا الجزيء يمكن أن يعطي نظرة ثاقبة حاسمة على الإنزيمات الطبيعية وتطوير المحفزات المستقبلية لتحقيق مجتمع يعمل بالهيدروجين.

للمزيد من المعلومات :

“[NiFe], [FeFe], and [Fe] hydrogenase models from isomers” Science Advances (2020).  من هنا 

What do you think?

Comments

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

Loading…

0

طريقة الفحص المجهري الجديد نظرة غير مسبوقة إلى بنية البروتين النشواني

دراسة …. نصف الأرض سليمة نسبياً من التأثير البشري العالمي