Ein Chloroplasten-ähnlicher Nanoreaktor für eine verbesserte CO₂-Elektrokatalyse

Der Chloroplast, ein Doppelmembranorganell, ist der Hauptort von CO₂ Fixierung durch Photosynthese in grünen Pflanzen. Die Doppelmembrankonfiguration kann mithilfe funktioneller Einheiten wie der Lipiddoppelschicht und Transmembranproteinen den Transport von Substanzen in und aus Chloroplasten regulieren.

Inspiriert von der genialen Struktur und Funktionalität von Chloroplasten berichteten Professor Xu Zong von der Dalian Maritime University, Professor Chenghua Sun von der Swinburne University of Technology und Professor Lianzhou Wang von der University of Queensland kürzlich über den Bau eines katalytischen Nanoreaktors, der hochselektive und effiziente Ergebnisse erzielen kann CO-Reduktion₂ zu CO, indem es die Chloroplasten grüner Pflanzen nachahmt.

Dieses Werk erscheint in Wissenschaftliches Bulletin in Form einer kurzen Mitteilung mit dem Titel „Nanoreaktor imitiert Chloroplasten für eine bessere CO-Produktion“.₂ „Elektrokatalyse“.

In dieser Studie wird der Chloroplasten-nachahmende Nanoreaktor (CMNR) leicht durch Selbstorganisation einer Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB)-Doppelschicht auf der Oberfläche eines Gold-Nanostäbchen-Elektrokatalysators (GNR) erhalten, um eine Kern-Schale-Struktur zu bilden.

Die Struktur und Anordnung von CTAB-Molekülen auf der Oberfläche von GNR wurden mithilfe experimenteller und theoretischer Techniken untersucht, wie z. B. Weitwinkel-Ring-Dunkelfeld-Scanning-Transmissions-Atombildgebung, Röntgen-Photoelektronenspektroskopie, Winkelauflösung und Dichtefunktionaltheorie (DFT) und Die Doppelschichtanordnung von CTAB-Molekülen auf der GNR-Oberfläche wurde entdeckt.

Darüber hinaus haben umfangreiche theoretische und experimentelle Untersuchungen gezeigt, dass -N(CH₃)₃ Die CTAB-Einheit kann CO effektiv einfangen₂ der Lösung, und die durch die hydrophoben organischen Ketten gebildeten organischen Kanäle begünstigten die Diffusion von CO₂ zum GNR. Daher kann die CTAB-Doppelschicht die Chloroplastenmembran nachahmen, um einen hochselektiven Transport von CO zu ermöglichen₂ Moleküle anstelle von Protonen für GNR.

Darüber hinaus zeigten Röntgenphotoelektronenspektroskopie und elektrochemische In-situ-Infrarotspektroskopie, dass Bromionen die partielle Oxidation von GNR fördern, wodurch das COOH*-Zwischenprodukt für CO effektiv stabilisiert wird₂ Elektroreduktion und CO weiter fördern₂ Elektroreduktionsleistung.

Zusammenfassend stellten die Autoren die Etablierung eines Chloroplasten nachahmenden Nanoreaktors vor, indem sie die Oberfläche eines GNR-Elektrokatalysators mit einer selbstorganisierten CTAB-Doppelschicht modifizierten. Die CTAB-Doppelschicht ahmt die Chloroplastenmembran nach, um eine gleichzeitige Regulierung des CO-Transports zu ermöglichen₂ und Protonen an den GNR-Kern, und der GNR-Kern ahmt Rubisco-Enzyme nach, um CO zu katalysieren₂ Reduktionsreaktion.

Dadurch steigt die Selektivität von CO₂ Die CO-Reduktion wurde deutlich verbessert. Diese Arbeit stellt ein neuartiges biomimetisches Design vor, um Herausforderungen im Zusammenhang mit der CO-Reduktion anzugehen₂ Reduktionsreaktion, die auf ein breites Spektrum elektrokatalytischer Reaktionen wie Sauerstoffreduktionsreaktion und Stickstoffreduktionsreaktion anwendbar sein könnte.