鲁尔大学波鸿分校 电化学中心的团队和他们的研究伙伴一起致力于开发新的催化剂
信用:RUB，Marquard 鲁尔-波鸿大学的研究人员开发了一种新技术，可以有效地将细菌酶连接到电极上
他们和犹他大学的一个团队一起，实现了一个基于固氮酶的氨合成系统
他们还与马克斯·普朗克化学能转换研究所的团队一起设计了一种基于氢化酶的氢/氧生物燃料电池
这两篇论文已于2020年5月和6月发表在《天使化学》杂志上
强力酶需要特殊的条件 自然界中的许多酶都是强有力的催化剂，例如所谓的[FeFe]-氢化酶
细菌利用氢化酶产生氢气，而固氮酶则成功地激活了自然界中最强的氮键(N2)
这两种酶对氧高度敏感，但在其活性中心使用容易获得的非贵金属
因此，他们有朝一日可以取代昂贵的贵金属催化剂
“在生物燃料电池中使用如此高灵敏度的催化剂仍然是可持续能源转换中最大的挑战之一，”沃尔夫冈·舒曼教授说，他是RUB电化学中心的负责人，也是“鲁尔探索溶剂化”卓越集群的成员
用酶实现的生物燃料电池 波鸿小组与德国鲁尔区马克斯·普朗克化学能转换研究所的沃尔夫冈·卢比茨教授团队合作，展示了在何种情况下这仍然是可能的
他们使用了一种来自脱硫细菌的所谓的亚铁氢化酶
虽然这是一种非常有效的催化剂，但是在燃料电池中必须保护它免受第二电极操作所需的氧气的影响
在这项工作中，科学家们首次将[FeFe]-氢化酶整合到一个由所谓的气体扩散电极操作的生物燃料电池中
在这个细胞中，氢和氧通过膜被输送给酶
该团队将酶嵌入由所谓的氧化还原聚合物组成的基质中，将酶固定在透气电极表面，保护酶免受氧气的有害影响，并在酶和电极之间建立电接触
通过这种设计，燃料电池实现了先前未获得的每平方厘米14毫安的高电流密度和5的高功率密度
每平方厘米4毫瓦
生物基氨生产工艺 在第二个项目中，RUB的研究小组与美国盐湖城大学的谢莉·明特尔教授领导的小组一起寻找氨合成的生物电子合成替代物
在化学工业中，氨通常使用哈伯-博世工艺在高温高压下生产，并且会大量释放CO2
一些细菌拥有被称为固氮酶的酶，它们用这种酶来固定分子氮(N2)，并能在室温和不增加压力的情况下代谢它
然而，在活的生物体中，这消耗了大量以能量储存分子形式存在的能量
研究小组表明，将来自棕色固氮菌的固氮酶与一个电极连接是可能的，通过该电极可以为反应提供必需的电子，因此不需要三磷酸腺苷
同样，成功的关键是氧化还原聚合物，它有助于在电极和固氮酶/氧化还原聚合物复合物之间建立稳定有效的电接触
“据我们所知，固氮酶在氧化还原聚合物中的固定和接触是使固氮酶适用于生物电子合成的第一步，”该研究的作者写道
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