日韩经典AV在线观看 ,宝贝再浪点把腿分大点视频,人妻忍着娇喘被中进中出视频

成果簡介

電化學技術是去除水中有毒和持久性氯代有機污染物的有效方法，但如何設計出類似天然還原脫鹵酶一樣具有高活性和選擇性的電催化劑還是一個挑戰。基于此，中國科學技術大學熊宇杰教授、俞漢青教授和陳潔潔教授（共同通訊作者）等人報道了通過模擬還原脫鹵酶的結合口袋構型和催化中心，設計了用于水脫氯的高性能電催化劑。

具體而言，為實現三氯乙酸鈉（TCA）的還原脫氯，作者選擇了有機鹵素呼吸菌脫鹵酶的催化中心（維生素B12）作為分子催化劑，構建GO-B12-GO異質結構。該電催化劑具有優異的脫氯性能，使中間二氯乙酸的還原能力比無夾層結構時提高了7.8倍，并能選擇性地由三氯基生成一氯基，因此這種三明治狀結構的電化學脫氯性能優于其他形式的電催化劑。

通過電化學表征、密度泛函理論（DFT）計算和分子動力學（MD）模擬，作者闡明了內部空間調節電子和質子轉移提高電化學性能的機理。為證明該概念的普遍性，作者進一步采用氮摻雜石墨烯和酞菁鈷（CoPc）作為替代的2D材料和Co中心脫氯催化劑。本研究通過模擬天然酶的結合口袋構型和活性位點，為設計用于電催化水凈化的高性能電極提供了一種策略。

研究背景

水脫氯通常涉及復雜的多步驟過程，包括污染物吸附、解毒和隨后的催化降解或分離。現有的化學脫氯方案通常是能源密集型，受競爭反應的限制，往往造成二次污染。電化學技術是消除各種有機污染物的有效方法，其中電還原提供了一種有吸引力的方法來提高催化劑的活性和選擇性，通過多質子耦合電子轉移來觸發目標反應。然而，如何設計出像天然還原脫鹵酶那樣具有高活性和選擇性的電催化劑還是一個挑戰。

目前，所有純化的還原脫鹵酶都含有鈷胺素輔助因子（即維生素B12及其衍生物）。探討還原性脫鹵酶的作用機理，可以為電化學水脫氯電催化劑的設計提供一些線索。在還原性脫鹵酶系統中，生物還原發生在液-酶界面，即在催化中心與底物結合口袋構型相關，由殘基形成，用于提供氫鍵，涉及可控的質子和電子轉移。

因此，開發一種類似酶的液電極界面對于特定污染物的選擇性電還原是非常必要的。作者設想模擬微生物還原脫鹵酶是一種提高電化學還原技術去除有機氯污染物性能的可行策略，其中具有可調成分和中間層的2D材料提供一個平臺，為合理安排活性位點和控制催化微環境提供機會，以確保反應速率和選擇性。

圖文導讀

合成與表征

為探究B12作為分子催化劑的作用以及內部空間對還原脫氯的空間效應，作者采用了三種陰極配置的電化學體系：不含B12的GO電極、表面吸附B12的GO-B12電極和附加插入層B12的GO-B12-GO電極。電極的組成和結構是通過循環滴干過程控制的，然后是電化學活化。

多次掃描循環伏安法（CV）實驗在0.62-0.86 V內進行，給出GO-B12-GO的歸一化電容為40 μF cm^?2。根據360 nm處的吸收峰，GO-B12-GO的負載量為0.0576 mg cm^-2，而GO-B12（0.0365 mg cm^-2）或單獨的B12（0.0363 mg cm^-2）的含量較低，表明GO-B12-GO的足夠負載量歸因于其嵌入內部空間。

圖1. 結合型口袋電極的制備與表征

圖2. 電化學活化和表征

水中TCA的電化學還原

對于TCA還原，GO電極表現出17%的低轉換效率，GO-B12電極表現出更高的轉化效率，而GO-B12-GO的TCA轉化效率最高，達到86%。GO-B12-GO的TCA轉化表觀速率常數（k₁）為0.64 h^?1，略高于GO-B12和B12。對于檢測到的中間體二氯乙酸鈉（DCA），GO-B12-GO的表觀速率常數（k₂）為1.49 h^?1，分別是GO-B12和GO-B12的7.8和5.7倍。

此外，根據GO-B12電極對DCA轉化的活性，理論上計算出的GO-B12-GO電極實驗性能所需的B12數量為1.54×10^?7 mol cm^?2，遠遠大于觀察到的B12負載量（4.25×10^?8 mol cm^?2），表明GO-B12-GO電極中插入的B12具有比表面吸附的B12高得多的活性。在電解15 h后，GO-B12-GO的電化學脫氯性能和結構穩定性仍能保持。

圖3. 電化學還原脫氯性能

機理研究

塊狀DCA的MD模擬表明，DCA的導電帶最小值（CBM）為-2.0 eV（n=5-8）。氣相DCA的費米能級最低，為-4.844 eV，CBM為-2.467 eV，有利于接收來自外部陰極的電子。結果表明，具有較低LUMO的DCA更有利于C-Cl鍵的還原。為研究電極構型對溶劑化結構和氫鍵網絡的阻礙作用，以n=3為例，有4種可能的狀態（S1-S4）。隨著形成能的增大（S2-S4），DCA·3H₂O的穩定性降低。LUMO能級從-1.918 eV負移至-2.473 eV，說明LUMO更傾向于接受電子。

此外，O-H的距離從1.251減小到1.051 ?，導致狀態從去質子化（COO^?）變為質子化（COOH）。質子化的DCA（S2-S4）顯示出保存良好的O-H鍵，有助于以較低的勢能進行還原脫氯。總之，層狀GO-B12-GO電極通過對質子化態和所需過電位的空間效應實現了改進的電化學催化還原。

圖4. DCA在結合袋狀電催化劑層間空間中的脫氯作用

圖5. 促進還原脫氯的納米空間氫鍵網絡

文獻信息

Mimicking reductive dehalogenases for efficient electrocatalytic water dechlorination. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-40906-6.

原創文章，作者：Gloria，如若轉載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.zzhhcy.com/index.php/2023/09/30/e305eb6c83/

末成年小嫩xb,嫰bbb槡bbbb槡bbbb,免费无人区码卡密,成全高清mv电影免费观看

熊宇杰/俞漢青/陳潔潔最新Nature子刊：模擬還原脫鹵酶高效電催化水脫氯

末成年小嫩xb,嫰bbb槡bbbb槡bbbb,免费无人区码卡密,成全高清mv电影免费观看

熊宇杰/俞漢青/陳潔潔最新Nature子刊：模擬還原脫鹵酶高效電催化水脫氯

相關推薦