《突破性进展!我国科学家发现活性氧超氧阴离子是药物分子合成催化剂》

  • 来源专题:能源情报网监测服务平台
  • 编译者: 郭楷模
  • 发布时间:2025-03-07
  • 近期,中国科学院天津工业生物技术研究所等在酶催化机制解析方面取得重大突破性进展,发现了活性氧超氧阴离子是药物分子合成的催化剂,为人工设计高效生物催化剂开辟了全新路径,在生物制药、绿色化工及新型能源开发等领域具有重大应用潜力。这一成果6日在国际学术期刊《自然》发表。

    一直以来,活性氧超氧阴离子都被贴上“健康杀手”的标签,这个在细胞代谢中产生的活性氧自由基,肆意切割DNA、破坏蛋白质,甚至被证实与癌症、衰老等重大疾病密切相关。正因如此,全球科研力量都在竞相研发清除它的“护盾”。但是这项研究发现,活性氧超氧阴离子参与麦角碱药物分子的酶催化合成,证实超氧阴离子可以作为酶的催化工具生产药物分子,突破了超氧阴离子现有“负面”功能的传统认知,证明自然界的智慧远超人类想象,那些我们普遍认为的“有害分子”,或许正是打开未来科技的钥匙。

    该研究成果将为开发新型酶制剂开发、重构天然产物合成途径提供宝贵的分子进化蓝本;同时将加速麦角生物碱等抗抑郁药物的新药开发和绿色制造的过程。相关酶制剂的开发将为传统化学合成提供绿色低碳的可持续替代方案,推动医药制造向高效、环保的范式转变。

  • 原文来源:https://www.cnenergynews.cn/kejizhuangbei/2025/03/06/detail_20250306203030.html
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  • 《 科学家发现媲美自然光合作用的单核锰催化剂》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2018-10-16
    • 将清洁的太阳能转化为可储存、可运输的燃料,是当今科学界“圣杯”式的难题。科学家曾提出“液态阳光”(即“太阳燃料”)的构想,以应对未来化石燃料枯竭的能源需求和气候变化。10月16日《自然—催化》发表的一篇论文显示,中国科学院大连化学物理所研究员、中国科学院院士李灿团队发现了一种可与自然光合作用催化剂活性相媲美的单核锰催化剂,为实现“液态阳光”构想迈出关键一步。 光合作用中,植物利用太阳能将水裂解释放氧气、为生物合成提供电子和质子,并进行光合反应,这是人类梦寐以求的能源转化过程。不久前,《焦耳》杂志发表了中国科学院院长、中国科学院院士白春礼等作者的文章,提出“液态阳光”的倡议,指出实现液态阳光关键在于将太阳能转化为稳定、可储存、高能量的化学燃料,这应该引起科学界重视。其中,水氧化是自然光合作用和人工光合成的原初反应,实现“液态阳光”的关键在于开发高效稳定的水氧化催化剂。 李灿告诉《中国科学报》记者,自然光合作用水氧化反应的催化剂是一个多核锰的化合物,由四个锰离子和一个钙离子及多个氧原子组成,催化活性为每秒钟发生化学反应次数(TOF)为100至400次之间。 长期以来,科学家沿着这一思路寻找模拟自然光合作用的多核锰催化剂。李灿团队也不例外。“一开始,我们并没有预测到单核锰催化剂会具有如此高的催化活性。”李灿坦言。 研究人员将含锰的氧化物纳米颗粒固定在作为基体的氮化石墨烯上,在基体上逐步分散纳米颗粒,并测量其在不同分散程度下的催化活性。他们意外地发现,纳米颗粒尺寸越小,水氧化活性越高。 “按照这个思路,我们继续分散纳米颗粒,直至到单核尺度,其水氧化活性突跃上升到每秒钟发生化学反应200次以上。”李灿指出。这是目前报道的多相催化剂水氧化最高的活性,也达到了自然光合作用水氧化多核锰催化剂的水平。 李灿同时表示:“这是我们在长达18年里围绕人工光合成关键科学问题的攻关取得的阶段性成果。”自2001年起,他带领的科研团队致力于人工光合成太阳燃料研究,在太阳能光催化、光电催化和电催化分解水制氢,以及二氧化碳加氢制甲醇等方面取得了进展,研发了系列具有自主知识产权的相关专利技术。今年7月,该团队在兰州新区成功启动千吨级液态太阳燃料生产示范工程,标志着我国真正意义上开始了大规模液态太阳燃料生产过程的实践。 李灿说,未来,此次发现的单核锰催化剂有望在该示范工程中应用。
  • 《我国科学家在抗烧结催化剂研究中取得新进展》

    • 来源专题:能源情报网监测服务平台
    • 编译者:郭楷模
    • 发布时间:2025-03-11
    • 记者从中国科学技术大学获悉,该校曾杰教授团队通过构筑纳米岛结构催化剂,攻克了甲烷干重整反应中催化剂极易烧结失活的难题。相关研究成果3月10日发表于国际学术期刊《自然 材料》。 超细金属纳米颗粒因其超高的原子利用率,在多相催化领域备受青睐。然而,在催化反应过程中,这些纳米颗粒极易受到高温等影响,从而自发聚集并导致活性降低,该过程被称作烧结。发展超细金属纳米颗粒的抗烧结策略,是催化科学领域亟待解决的关键难题。 此次研究工作中,研究人员基于对烧结路径的深入理解,创制了一种纳米岛结构催化剂。具体而言,研究人员在载体与金属颗粒之间嵌入一种均匀分布、小尺寸且互不相连的金属氧化物团簇,其因岛状结构被命名为纳米岛。相较于载体,纳米岛对金属颗粒锚定更强,因此颗粒无法整体迁移烧结。此外,纳米岛之间互不相连,从颗粒表面脱离的金属原子难以跨岛迁移。通过同时切断两种烧结路径,纳米岛结构有望显著提升催化剂的抗烧结性能。 为构筑纳米岛结构催化剂,研究人员首先在氧化物与载体间构建强吸附作用,通过高温受控团聚获得小尺寸、高密度的氧化物纳米岛。通过将电性匹配原理和溶剂蒸发结合,研究人员实现了金属在纳米岛上的精准落位。针对常见的载体、纳米岛、活性金属,研究人员发展了纳米岛结构催化剂的材料库。其中,二氧化硅负载的氧化镧纳米岛对钌纳米颗粒的稳定效果尤为突出。研究人员将该催化剂应用于甲烷干重整反应以验证其抗烧结性能。此反应因其在温室气体资源化利用方面的巨大潜力而备受关注。 实验结果表明,该催化剂能够实现单程400小时的稳定转化,且反应后钌纳米颗粒的尺寸仍维持在1.4纳米,完美应对了因高温等因素导致的失活困局。通过定制活性金属和载体,纳米岛结构催化剂有望为多种催化反应中所面临的烧结失活难题提供切实可行的解决方案。