Ток генерируют… ферменты?

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.

Ваш отзыв

Вы должны войти, чтобы оставлять комментарии.

Опубликовано 28 Мар 2013 в 19:09. Рубрика: Гальваника. Вы можете следить за ответами к записи через RSS.
Вы можете оставить отзыв или трекбек со своего сайта.