美國麻省理工學(xué)院研究人員通過模擬光合作用，即植物用來生產(chǎn)糖分的光驅(qū)動過程，設(shè)計了一種可以吸收光并用光來驅(qū)動各種化學(xué)反應(yīng)的新型光催化劑。該研究成果15日發(fā)表在《化學(xué)》雜志上。
這種新型催化劑被稱為生物混合光催化劑，其含有一種采光蛋白，可吸收光并將能量轉(zhuǎn)移到含金屬的催化劑上。然后，這種催化劑利用能量進行反應(yīng)，這些反應(yīng)可用于合成藥物或?qū)U物轉(zhuǎn)化為生物燃料及其他有用的化合物。
研究資深作者、麻省理工學(xué)院化學(xué)副教授加布里埃拉·施勞-科恩表示，光催化可使藥物、農(nóng)用化學(xué)品和燃料合成更加高效和環(huán)保。研究表明，新型光催化劑可顯著提高他們嘗試的化學(xué)反應(yīng)的產(chǎn)量，且與現(xiàn)有的光催化劑不同，新催化劑可吸收所有波長的光。
在之前進行的關(guān)于光催化劑的工作中，研究人員使用一種分子來進行光吸收和催化。該方法有局限性，因為大多數(shù)使用的催化劑只能吸收某些波長的光。為了創(chuàng)建新催化劑，研究人員模擬光合作用并將兩種不同的元素結(jié)合起來：一種用于采集光，另一種用于催化化學(xué)反應(yīng)。對于光采集部分，他們使用了一種在紅藻中發(fā)現(xiàn)的被稱為R-植物紅素的蛋白質(zhì)。他們將這種蛋白質(zhì)連接到含釕催化劑上，該催化劑以前曾被單獨用于光催化。
聯(lián)合展開研究的普林斯頓大學(xué)團隊測試了催化劑在兩種不同類型的化學(xué)反應(yīng)中的性能。一種是硫醇—烯偶聯(lián)，將硫醇和烯烴連接起來形成硫醚，另一種是肽偶聯(lián)后用甲基取代剩余的硫醇基團。
普林斯頓團隊的研究表明，與單獨的釕光催化劑相比，新的生物混合催化劑可將這些反應(yīng)產(chǎn)量提高十倍。他們還發(fā)現(xiàn)，這些反應(yīng)可在紅光照射下發(fā)生，這是現(xiàn)有光催化劑難以實現(xiàn)的，其對組織的破壞更小，因此有可能用于生物系統(tǒng)。
研究人員說，這種改進的光催化劑可被納入上述兩種反應(yīng)的化學(xué)過程中。硫醇—烯偶聯(lián)可用于創(chuàng)建蛋白質(zhì)成像、傳感、藥物輸送和生物分子穩(wěn)定性所需的化合物。例如，它可用于合成脂肽，使新設(shè)計的抗原疫苗更容易被吸收。研究人員測試的另一種反應(yīng)是西苯脫硫，它在肽合成中有許多應(yīng)用，包括可用于生產(chǎn)艾滋病治療藥物恩夫韋地。
這種類型的光催化劑還可用于驅(qū)動一種被稱為木質(zhì)素解聚的反應(yīng)，有助于從木材或其他難以分解的植物材料中產(chǎn)生生物燃料。(記者 張夢然)
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