分子扭曲使一种催化剂可用于三种氢气应用

日本九州大学和熊本大学的科学家开发了一种新型催化剂，该催化剂能够协助在能源和工业中使用氢的三个关键反应。受自然界中三种酶的启发，这项研究可以帮助阐明催化剂之间的未知关系，为将来将氢气有效地用作下一代能源铺平道路。

氢在燃料电池中用于发电时仅产生水，氢有望作为一种清洁能源来满足全球面临的环境挑战。将氢确立为下一代能源的一个关键是催化剂的开发-有助于并加速反应而不会在过程中消耗的化学物质-可有效利用氢。

催化剂不仅在分裂氢分子以在燃料电池中产生电能方面发挥作用，而且在将氢原子聚在一起形成燃料方面也发挥着作用。氢在化学工业中也有许多应用，通常通过氢化过程附着在分子上以改变其特性。

大自然已经开发出了自己的一套生物催化剂，称为酶，能够进行相同的基本反应。但是，这三个反应中的每一个都需要使用不同类型的酶，并且这些氢化酶可以按它们所含的金属进行分组：镍和铁中的每个原子，铁中的两个原子或铁中的单个原子。

九州大学的Seiji Ogo和熊本大学的Shinya Hayami领导的研究团队从自然界中汲取灵感，现在在《科学进展》杂志上报告说，单一催化剂可以同时发挥全部三个作用。

九州大学化学系教授Ogo说：“仔细研究自然界中三种类型的氢化酶的关键结构，我们能够设计出一种分子，该分子可以模拟所有这些结构，具体取决于氢附着的位置。”生物化学。

科学家开发的催化剂含有镍和铁作为关键金属。取决于反应条件，氢原子将以略有不同的方式连接到分子，导致分子扭曲，使其处于最适合三种反应类型之一的构型。

虽然自然界中的酶依赖于不同的金属组来完成这些反应，但新开发的催化剂利用分子扭曲足以在类似于三种酶的结构之间切换的优势，从而在不改变金属的情况下获得了相似的功能。

Ogo解释说：“在某种程度上，我们创建了一个带有方向盘的分子。”“通过转动方向盘并扭曲分子的一部分，我们可以将其转变为三种不同类型的催化剂，一种用于燃料电池，一种用于制氢，另一种用于氢化。”

Ogo补充说：“这使我们能够解开以前交织在一起的三个功能。”

尽管该分子目前可能不适合实际应用，但它指出了开发具有多种用途的单一催化剂的可能性。更重要的是，对这种分子提供的催化过程的更好理解可以对天然酶和实现氢动力社会的未来催化剂的发展提供至关重要的见解。

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