汉堡港的氢气站。(参考图片来自C.Suthorn, Wikimedia Commons)

伊利诺伊大学香槟分校的一组化学家一直在研究一种被称为镍铁氢化酶的古老生物酶，并得出结论，它可能在为可再生能源经济生产氢气方面发挥关键作用。

为了证明他们的观点，研究人员设计了一种合成分子，模仿酶产生氢气的化学反应。

在发表在《自然通讯》杂志上的一篇论文中，科学家们解释说，目前，工业氢通常是通过电解将氢气分子从水中的氧原子中分离出来产生的。为了在工业环境中促进这种化学反应，铂金属被用作指导反应的阴极中的催化剂。然而，许多研究表明，随着世界推动更环保的能源，铂的成本和稀有性使其不具吸引力。

另一方面，自然界的镍铁氢化酶利用储存在其核心的地球上丰富的金属产生氢。

该研究的主要作者Liviu Mirica在一份媒体声明中说:“天然酶核心的镍通过还原水中的质子产生氢。”“在催化过程中，镍中心经过顺磁性中间产物，这意味着中间产物有一个未配对的电子，这使得它们的寿命非常短。”

据米里卡说，化学家们在十多年前就已经制造出了能产生氢的镍化合物。虽然其中一些化合物在产生氢方面非常有效，但它们中的绝大多数都是通过非顺磁性的中间体来运作的。

他说:“研究人员正试图完全模仿大自然的行为，因为它是有效的，而最大限度地提高效率是设计能源时要克服的关键挑战。”“能够重现自然酶中发生的顺磁中间步骤是我们团队试图实现的目标——提高效率和模仿自然。”

为了实现这一目标，研究小组设计了一种被称为配体的有机分子，它含有氮和硫等提供电子的原子，可以将镍固定在原位，并支持产生氢的两种相关顺磁态。

将这种分子与其他催化剂区别开来的关键设计元素是在镍中心附近存在一个碳-氢键，该键在催化过程中断裂并重新形成。这对于稳定前面提到的顺磁态至关重要。

合著者Sagnik Chakrabarti说:“我们工作的一个关键收获是，通过以我们所做的方式使用特别设计的配体，我们成功地将无机化学的两个领域——生物无机化学和有机金属化学——的想法结合起来，制造出与自然界最美丽和最复杂的酶之一的活性位点相似的镍配合物。”

研究人员说，最近发现了几种不同寻常的酶，它们的活性位点上有金属-碳键。合成复合物中的这种设计原则可能会进一步深入了解大自然如何对氢等小分子进行化学反应。

来源：www.mining.com/ancient-enzyme-may-play-key-role-in-producing-hydrogen-for-green-economy/

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