《Science Advances》：新型仿酶催化剂推动廉价氢能源应用

温室效应、碳排放、碳捕获，这些屡屡见诸于新闻媒体的热点词语都与石油煤炭等“非清洁”能源有关。作为一种根本不涉及碳元素的燃料，氢气无疑是一种非常理想的清洁替代能源。目前依赖于清洁的太阳能或风能来产生氢分子的技术，一般使用水作为原料，用铂和铱等贵金属催化剂通过电催化反应实现。然而，因为这些催化剂稀缺且昂贵，所以这种技术很难达到全球规模的应用。

自然界的一种称为铁-铁氢化酶（iron-iron hydrogenase）的酶可以催化质子还原成分子态的氢，而且其性能可媲美铂催化剂。但是要将这些酶直接用在制氢装置上却仍然是一个挑战，因为将它们分离出来很困难，而且其在空气中的性能也很糟糕。

荷兰阿姆斯特丹大学范霍夫分子科学研究所（HIMS）的研究人员已经开发出一种新的催化剂，为低成本规模化制备氢气铺平了道路。这个由Joost Reek教授领导的研究团队最近在《Science》杂志的子刊《Science Advances》展示了一种模仿酶的新型催化剂。（An iron-iron hydrogenase mimic with appended electron reservoir for efficient proton reduction in aqueous media. Sci. Adv., DOI: 10.1126/sciadv.1501014）

在过去的十年中，许多合成的复合物已经能够在结构上和功能上模仿氢化酶的活性位点。但大多数的这些复合物都有严重的不足，例如效率低、稳定性差、要求有机溶剂。Reek和他的同事们设计的“合成氢化酶”含有氧化还原活性的磷配体（phosphole），它作为一个电子库（electron reservoir）并积极参与质子的还原，这与真正的氢化酶很类似。在催化循环中，需要时磷配体会给活性位点贡献出一个电子。这种配合物催化剂具有高转换数（TON）和转换频率（TOF）。

另外，这一“合成氢化酶”可以在水性环境中高效工作，还能耐受氧，被认为是廉价大规模制氢的一个重要突破。

1. http://advances.sciencemag.org/content/2/1/e1501014

2. http://phys.org/news/2016-01-sophisticated-enzyme-mimic-enables-efficient-hydrogen.html