研究发现碘化物盐可使燃料动力电池的生物催化剂更稳定

氧气是能量转化生物催化剂的最大敌人。保护膜可以屏蔽它们-但只能添加其他成分：碘化物盐。

与理论预测相反，即使在保护膜下，氧气也会在短时间内使生物催化剂失活，从而实现能量转换。波鸿鲁尔大学(RUB)的Resolv卓越集群研究团队发现了以下原因：过氧化氢在保护膜上形成。向电解质中添加碘化物盐可以防止这种情况的发生，并大大延长催化剂的寿命。来自Resolv的NicolasPlumeré教授，来自莱布尼兹分析科学研究院的ErikFreier博士和多特蒙德的马克斯·普朗克化学能转化研究所的WolfgangLubitz教授组成的团队在《自然通讯》中报告了他们的发现。

在几秒钟内停用

生物和生物启发的催化剂种类繁多，其催化性能接近贵金属催化剂。然而，它们并未广泛用于能量转换过程。其原因是它们的不稳定。NicolasPlumeré解释说：“与可持续能源系统相关的一些活性最高的小分子转化催化剂对氧气是如此敏感，以至于它们在接触氧气后几秒钟内就会完全失活。”

该研究小组最近发现，具有氧化还原活性的薄膜可以保护受生物启发的生物甚至是诸如氢酶的生物催化剂。理论模型预测，对氧气的保护应无限期地持续。但是，在实验中，这种保护到目前为止仅有效了几个小时。“这与我们的理论计算相矛盾，即使考虑到相同催化剂在无氧环境中的寿命也无法解释，”Plumeré说。后者长达六个星期且营业额不变。

方法的组合探索问题

这导致研究人员得出结论，要么对氧气的保护机制尚未了解，要么除了被氧气钝化外，还会发生其他有害过程。为了对此进行调查，他们结合了多种方法，使他们能够详细检查受保护层中发生的情况。由ErikFreier在实验室中进行的共聚焦荧光显微镜和相干的抗Stokes拉曼散射相结合，以及用于分析保护基质的电化学分析表明：保护过程导致过氧化氢的积累，从而促进了对催化膜的破坏。

研究人员表明，即使碘盐暴露在高氧气浓度下，以恒定的营业额，过氧化氢与碘化物盐的分解也会延长用于氢氧化的加氢酶的半衰期，直至长达一周。“总的来说，我们的数据证实了氧化还原膜使对氧敏感的催化剂完全不受氧直接失活的理论，”Plumeré总结道。“但是，重要的是还要抑制过氧化氢的产生，以实现对氧化应激的完全保护。”

研究人员说：“我们的工作表明，向电解质中添加碘盐的简单策略足以显着降低生物催化剂的失活率。”他们认为，这将使其他电催化过程在实际应用中得以广泛实施。这也包括能量转换过程，例如通过减少二氧化碳产生太阳能燃料以及精细或碱性化学物质(例如氨)的电合成。