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科學家提出構建雙活性位點仿酶催化策略

2026年02月05日 深圳先進技術研究院
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綠氨既是重要的化工原料,也是理想的零碳能源載體。電催化硝酸鹽還原反應(NO3RR)作為綠氨合成的一種重要途徑,兼具“增值”與“治污”的雙重效益。

近日,中國科學院深圳先進技術研究院等,提出一種基于金屬團簇—金屬磷化物納米粒子構建雙活性位點的仿酶催化策略。該策略通過精準調控雙活性位點間的臨近效應,利用中間體溢流實現“接力催化”,有效解決了多步反應中的動力學失配問題,從而在大電流條件下實現了高效的綠氨合成。

研究團隊受自然界中,反硝化細菌利用硝酸鹽還原酶與亞硝酸鹽還原酶協同高效轉化硝酸鹽為氨的啟發,構建了Fe–FexNi2-xP/CeO2仿生納米酶催化劑。該催化劑通過兩類活性位點的協同分工,模擬了上述酶催化過程。此外,CeO2納米棒載體不僅起到穩定雙活性位點的作用,還可作為“質子池”調控局部反應微環境,有效抑制競爭性的析氫反應(HER),從而保障了反應的高效進行。

基于Fe–FexNi2-xP/CeO2催化劑在析氧和NO3RR方面的優異性能,研究團隊組裝出可充電的鋅—硝酸鹽(Zn-NO??)電池。該電池將“發電”與“合成氨”兩種功能有機結合,在更換鋅片后仍表現出良好的循環充放電性能,顯示出可靠的重復使用潛力。

該研究為實現高效、可持續的綠氨合成提供了新思路,并為鋅—硝酸鹽電池體系的開發奠定了材料基礎。

相關研究成果發表在Angewandte Chemie International Edition上。研究工作得到國家自然科學基金等的支持。

論文鏈接

仿生納米酶催化劑“接力”催化機理示意圖和形貌結構

電催化硝酸根制氨的性能圖

打印 責任編輯:宋同舟

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