可持续和经济的梯级电催化

采访谢莉·明特尔，犹他大学化学教授，讨论可持续和经济的级联电催化如何在研究和工业领域带来一个更光明的未来。

电催化剂在研究和工业中是如何使用的?

整个行业都有大量的电催化剂。人们使用电催化剂来分解水。所以，在燃料电池中为电动汽车生产氢和氧，以及各种不同的工业过程，比如氯碱生产氯气的过程，以及其他的电气化学过程。

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在过去的二十年中，绝大多数电催化系统都是单一的电催化剂。这是为什么呢?

当考虑开发一种催化剂时，通常更容易首先开发一种能进行单一转化的催化剂。所以，这可能是一个单电子，两个电子或者可能是一个四电子的过程，但本质上这是整个过程的一个小步骤。

当我们开始考虑做更复杂的变换时，它变得更复杂了。这是因为我们现在需要不止一个催化剂在电极表面，我们需要设计材料，这样我们就可以有多个催化剂。亚博网站下载

为什么科学家想要开发单一电催化剂的替代品?

单电催化剂非常擅长单电子，双电子，甚至四电子的转换。这有点限制，因为它可以让你从质子中得到氢或者从氯离子中得到氯气，但它不允许你做复杂的变换需要10个，12个甚至15个电子来完成整个过程。

什么是酶促生物电催化剂?它们如何用于克服单一电催化剂的问题?

大多数生物催化剂是用于氧化还原反应的，所以催化氧化还原反应从电化学的角度来说，就是氧化还原酶。所以它们是能催化各种氧化还原反应的酶。有趣的是，在活细胞中有成千上万种不同的氧化还原酶。所以活细胞基本上给了我们一个模型通过这个模型我们可以思考非常复杂的氧化还原化学。

如果你想到食物,午餐,你要有一些糖,一些碳水化合物,有点胖,有点油,一点蛋白质,和你的身体基本上已经氧化还原酶酶催化氧化的所有这些复杂的分子。

这些都是燃料，这样你就可以进行日常生活所需的能量转换。所以，我们用生物学作为灵感来做有趣的化学，因为生物学给了我们如此广泛的化学应用。

这些催化剂是如何形成的又是如何调节电子转移的呢?

从第一代的角度来看，这些催化剂是自然发生的。它们是从它们的天然来源，也就是从微生物中分离和纯化出来的。然后，当我们最终有了我们感兴趣的电化学使用的催化剂，我们将对它们进行酶工程，使它们更适合电化学应用而不是活体应用。

在一项研究中，你让聚羟基丁酸盐的可持续生物合成变得经济。你能告诉我们关于这项研究的情况吗?

我们真正感兴趣的事情之一是我们是否可以使用电催化更可持续地生产产品。塑料显然是我们有兴趣生产的产品，特别是可持续聚合物。

我们开发了一个系统，我们利用可以生产塑料的微生物，去除产生化学反应的微生物部分，并将其固定在电极表面，这样就可以用化学方法发电来生产塑料。

在另一项研究中，您重点研究了利用生物电催化选择性地产生手性胺。你是怎么做到的?

随着我们对可持续化学和使用电化学作为生产产品的工具越来越感兴趣，我们开始意识到有一些产品是制药行业感兴趣的。其中一个是手性胺。看看药物，很多药物本身就是手性胺。所以，我们感兴趣的是我们是否可以设计和使用一系列的酶来制造候选药物和药物中间体。

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你为什么选择在pitcon发表这项研究?

我来pitcon已经20年了，pitcon是展示你新作品的地方。这是我实验室的一个新研究领域，从去年一年半开始，所以这是一个很好的机会，向大家展示我们实验室正在进行的新工作。

酶级联反应和你的研究的未来是什么?

我认为未来的重点将是使用更安全、更清洁的方法来生产化学品，无论是药品、商品化学品还是精细化学品。作为一个国家或世界，我们将不得不关注更绿色、更安全、更可持续的生产过程。这给了我们一个很好的机会利用电化学本质上使用可再生能源以更安全更环保的方式生产分子。

为什么你认为像pitcon这样的事件对分析化学/科学行业很重要?

pitcon展会首先是一个贸易展会。这是一个很好的机会，每年都来看看有什么新的仪器正在开发，有什么新的设备在分析化学和分析科学。app亚博体育亚博老虎机网登录

这是一个很好的机会，可以看到最新和最伟大的技术。不过，这也是一个观察会谈走向的机会。谈判通常呈现的东西要花几年成为商业产品展览会的地板上,但它给你一个机会看到科学是要到哪里去,这样你就可以做出更好的选择而言,你的研究将焦点。亚博老虎机网登录

关于雪莉·d·明特尔

敏特尔集团致力于改善生物催化剂和电极表面之间的非生物-生物界面，以增强生物电催化。这些生物催化剂包括微生物细胞、细胞器(线粒体和类囊体膜)、氧化还原蛋白和氧化还原酶。我们为生物传感器和生物燃料电池应用设计电极结构，以增强电极表面的通量。该小组利用各种电分析技术(线性极化，循环伏安法，差分脉冲伏安法，差分脉冲安培法)，以及各种生物和光谱技术来实现这些目标。该集团在合成有机电化学的电催化方面也有积极的计划。