Хлоропласт, органелла, ограниченная двойной мембраной, является основным местом хранения CO.₂ фиксация посредством фотосинтеза у зеленых растений. Конфигурация двойной мембраны может регулировать транспорт веществ в хлоропласты и из них с помощью функциональных единиц, таких как липидный бислой и трансмембранные белки.

Вдохновленные гениальной структурой и функциональностью хлоропластов, профессор Сюй Цзун из Даляньского морского университета, профессор Чэнхуа Сунь из Технологического университета Суинберна и профессор Ляньчжоу Ван из Университета Квинсленда недавно сообщили о создании каталитического нанореактора, способного достигать высокой селективности и эффективное снижение выбросов CO₂ в CO, имитируя хлоропласты зеленых растений.

Эта работа появляется в Научный бюллетень в виде короткого сообщения под названием «Нанореактор, имитирующий хлоропласт, для увеличения выбросов CO».₂ электрокатализ».

В этом исследовании нанореактор, имитирующий хлоропласты (CMNR), легко получается путем самосборки бислоя бромида цетилтриметиламмония (CTAB) на поверхности электрокатализатора из золотых наностержней (GNR) с образованием структуры ядро-оболочка.

Структура и расположение молекул ЦТАБ на поверхности GNR были исследованы с использованием экспериментальных и теоретических методов, таких как кольцевое сканирование трансмиссионного атома в темном поле под большим углом, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия с угловым разрешением и теория функционала плотности (DFT) и обнаружено двухслойное расположение молекул ЦТАБ на поверхности ГНР.

Более того, обширные теоретические и экспериментальные исследования показали, что поляризованный -N(CH₃)₃ подразделение CTAB может эффективно улавливать CO₂ из раствора, а органические каналы, образованные гидрофобными органическими цепями, способствуют диффузии CO.₂ в ГНР. Таким образом, бислой CTAB может имитировать мембрану хлоропласта, обеспечивая высокоселективный транспорт CO.₂ молекулы вместо протонов в GNR.

Кроме того, рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия и электрохимическая инфракрасная спектроскопия in-situ показали, что ионы брома способствуют частичному окислению GNR, что эффективно стабилизирует промежуточное соединение COOH * для CO.₂ электровосстановление и дальнейшее продвижение CO₂ электровосстановительные характеристики.

Таким образом, авторы представили создание нанореактора, имитирующего хлоропласты, путем модификации поверхности электрокатализатора GNR самоорганизующимся бислоем CTAB. Бислой CTAB имитирует мембрану хлоропласта, позволяя одновременно регулировать транспорт CO.₂ и протоны к ядру GNR, а ядро ​​GNR имитирует ферменты Рубиско, катализируя CO.₂ реакция восстановления.

Соответственно, селективность CO₂ восстановление до CO было значительно улучшено. Эта работа представляет новый биомиметический дизайн для решения проблем, связанных с выбросами CO.₂ реакция восстановления, которая может быть применима к широкому спектру электрокаталитических реакций, таких как реакция восстановления кислорода и реакция восстановления азота.