Un team internazionale di ricercatori ha trasferito alcune caratteristiche strutturali degli enzimi naturali, che assicurano un'attività catalitica particolarmente elevata, alle nanoparticelle metalliche. La reazione chimica desiderata quindi non ha avuto luogo sulla superficie della particella come al solito, ma in canali all'interno delle particelle metalliche – e con un'attività catalitica tre volte superiore. Un team dell'Università del New South Wales, Australia, e Ruhr-Universität Bochum, Germania, riportati su questi nanozimi nel Giornale della Società Chimica Americana , pubblicato online il 23 settembre 2018.

Nel caso degli enzimi, i centri attivi, dove avviene la reazione chimica, si trovano all'interno. Le sostanze reagenti devono passare attraverso un canale dalla soluzione circostante al centro attivo, dove la struttura spaziale fornisce condizioni di reazione particolarmente favorevoli. "Si presume, Per esempio, che nei canali prevale un valore di pH localmente alterato e che l'ambiente elettronico nei centri attivi è anche responsabile dell'efficienza degli enzimi naturali, "dice il professor Wolfgang Schuhmann, capo del Centro di Bochum per le scienze elettrochimiche.

Canali prodotti in particelle di nichel-platino

Per imitare artificialmente le strutture enzimatiche, i ricercatori hanno prodotto particelle di nichel e platino di circa dieci nanometri di diametro. Hanno quindi rimosso il nichel mediante incisione chimica, per cui si sono formati i canali. Nella fase finale, hanno disattivato i centri attivi sulla superficie delle particelle. "Questo ci ha permesso di garantire che solo i centri attivi nei canali partecipassero alla reazione, " spiega Patrick Wilde, un dottorando presso il Centro di Scienze Elettrochimiche. I ricercatori hanno confrontato l'attività catalitica delle particelle prodotte in questo modo con l'attività delle particelle convenzionali con centri attivi sulla superficie.

Per il test, il team ha utilizzato la reazione di riduzione dell'ossigeno, quale, tra l'altro, costituisce la base del funzionamento delle celle a combustibile. I centri attivi all'estremità dei canali hanno catalizzato la reazione tre volte più efficientemente dei centri attivi sulla superficie delle particelle.

"I risultati mostrano l'enorme potenziale dei nanozimi, " riassume la dott.ssa Corina Andronescu, un capogruppo presso il Centro per le scienze elettrochimiche. I ricercatori ora vogliono estendere il concetto ad altre reazioni, come la riduzione elettrocatalitica della CO2, e indagare i principi di una maggiore attività in modo più dettagliato. "Vorremmo essere in grado di imitare il modo in cui gli enzimi funzionano ancora meglio in futuro, " aggiunge Schuhmann. "In definitiva, ci auguriamo che il concept possa contribuire alle applicazioni industriali al fine di rendere più efficienti i processi di conversione energetica utilizzando energia elettrica generata da fonti rinnovabili."