khimie.ru

Сжигать углеводороды холодным способом сложно еще и потому, что даже при больших расходах платины не удается повысить скорость протекания реакции. Поэтому электрокатализаторы, которых так ждет техника будущего, должны быть не только дешевыми, но и достаточно мощными. В идеале хотелось бы, чтобы они в этом отношении на голову превосходили электрокатализаторы типа платины.

Как быть? И вновь подсказку исследователи получили от природы. Образцом тут стали природные катализаторы − ферменты.

Ферментами ныне увлечены многие. Их даже пытаются добавлять в бензобаки автомашин. Болгарское объединение «Техника» разработало и выпускает особый препарат «Адойл» — смесь керосина с ферментами. Утверждается, что небольшие (около кубического сантиметра) добавки «Адойла» к бензину (впрыскивается из аэрозольного баллончика прямо в топливо автомашины) на 15 процентов удлиняют пробег, избавляют от нагара свечи двигателя, уменьшают токсичность выхлопных газов.

А электрохимиков в ферментах привлекает та мобильность, которую они привносят в ход химических реакций. У многих из них число элементарных актов в единицу времени составляет 10⁶−10⁸ за секунду. Пока ни один из используемых в промышленности катализаторов не позволяет добиться такого ускорения химических процессов.

Биохимики установили, что ферменты обычно состоят нз двух частей − огромной молекулы белка (эти гиганты имеют молекулярную массу в несколько сот тысяч − молекулярная масса водорода всего два) и крошечного так иазьтваемого активного центра, или простетической труппы, в ней лишь десятки, а то и всего несколько атомов. Причем очень часто роль активного центра в ферментах выполняют наши знакомцы − металлопорфирины.

За примерами недалеко ходить: среди ферментов, содержащих в своем составе металлопорфирины, наиболее известны цитохромы − универсальные биохимические переносчики электронов в живых тканях, а также каталазы и периксидазы.

Сказавши «а», электрохимики поневоле вынуждены были произнести «б». Начав с металлопорфиринов, они перешли естественным образом к изучению электрокаталитических свойств ферментов.

А ведь насколько дерзок этот замысел! Взять кроху живой плоти − фермент, вырвать ее из привычного окружения (обычно гидрофобная среда), посадить на безжизненную «железку» − электрод в опасном соседстве с ядовитыми кислотами или щелочами и, воздействуя на нее огромными электрическими полями (в двойном слое у поверхности электрода напряженность электрического поля достигает 10⁸ вольт на сантиметр), попытаться выжать из этого комочка жизни «капельки» электрического тока.

Бесспорно, задача эта сложнейшая, но совсем не безнадежная, как может показаться на первый взгляд. Во всяком случае, биоэлектрокатализ в последние годы стал быстро развиваться как научное и техническое направление.

Наибольший интерес для электрохимиков представляют в первую очередь оксидоредуктазы − группа ферментов, катализирующих окислительно-восстановительные реакции. В группу входят активные восстановители кислорода − цитохромоксидаза, лактаза и другие ферменты, и энергичный природный окислитель водорода − гидрогеназа.

Важную роль в каталитической активности этих ферментов играют различные металлы − железо, медь, молибден, входящие в небелковые активные центры.

Кроме мощи, ферменты для электрокатализа привлекательны и другой своей особенностью. Действуют они специфично. Энзимы (другое название ферментов) − страшные привереды: им подавай только их любимые «блюда». Они обычно катализируют превращение лишь одного какого-либо вещества или узкой группы однотипных веществ и равнодушны ко всем остальным возможным процессам. Специфичность, или селективность, ферментов на руку электрохимикам. Ведь обычно электрокатализаторы этим свойством не обладают. Чаще всего очень активные электроды в топливных элементах (в том числе и с платиной) крайне чувствительны к примесям (каталитическим ядам), содержащимся в топливах. Достаточно ничтожных примесей в топливе (скажем, в виде серо- или мышьяксодержащего вещества), чтобы электрод «отравился».

Электрохимики надеются заставить топливные элементы работать на смесях углеводородных топлив. Ведь, к примеру, бензин представляет собой смесь из многих десятков компонент, подчас довольно значительно отличающихся друг от друга.