Un equipo internacional de investigadores ha transferido ciertas características estructurales de las enzimas naturales, que aseguran una actividad catalítica particularmente alta, a nanopartículas metálicas. Por lo tanto, la reacción química deseada no tuvo lugar en la superficie de la partícula como de costumbre, pero en canales dentro de las partículas metálicas, y con una actividad catalítica tres veces mayor. Un equipo de la Universidad de Nueva Gales del Sur, Australia, y Ruhr-Universität Bochum, Alemania, informó sobre estas nanozimas en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense , publicado en línea el 23 de septiembre de 2018.

En el caso de las enzimas, los centros activos, donde tiene lugar la reacción química, se encuentran en el interior. Las sustancias que reaccionan tienen que pasar a través de un canal desde la solución circundante hasta el centro activo, donde la estructura espacial proporciona condiciones de reacción particularmente favorables. "Es asumido, por ejemplo, que prevalece un valor de pH alterado localmente en los canales y que el entorno electrónico en los centros activos también es responsable de la eficiencia de las enzimas naturales, "dice el profesor Wolfgang Schuhmann, director del Centro de Ciencias Electroquímicas de Bochum.

Canales producidos en partículas de níquel-platino

Para imitar artificialmente las estructuras enzimáticas, los investigadores produjeron partículas de níquel y platino de unos diez nanómetros de diámetro. Luego eliminaron el níquel mediante grabado químico, mediante el cual se formaron canales. En el paso final, desactivaron los centros activos en la superficie de la partícula. "Esto nos permitió asegurarnos de que solo los centros activos en los canales participaron en la reacción, "explica Patrick Wilde, candidato a doctorado en el Centro de Ciencias Electroquímicas. Los investigadores compararon la actividad catalítica de las partículas así producidas con la actividad de las partículas convencionales con centros activos en la superficie.

Para la prueba, el equipo utilizó la reacción de reducción de oxígeno, cuales, entre otras cosas, constituye la base del funcionamiento de las pilas de combustible. Los centros activos al final de los canales catalizaron la reacción tres veces más eficientemente que los centros activos en la superficie de la partícula.

"Los resultados muestran el enorme potencial de las nanozimas, "resume la Dra. Corina Andronescu, líder de grupo en el Centro de Ciencias Electroquímicas. Los investigadores ahora quieren extender el concepto a otras reacciones, como la reducción electrocatalítica de CO2, e investigar los principios de una mayor actividad con más detalle. "Nos gustaría poder imitar aún mejor la forma en que funcionan las enzimas en el futuro, "añade Schuhmann." En última instancia, Esperamos que el concepto contribuya a las aplicaciones industriales para que los procesos de conversión de energía sean más eficientes utilizando la electricidad generada a partir de fuentes renovables ".