激光网2月24日消息，大自然是惊人的。它在生物体中发展了以显着效率调节复杂生化过程的能力。酶，天然催化剂，在这种调节中起着关键作用，确保在细胞的整个生命周期中满足各种生理需求。
此外，特定的有机分子和金属离子与酶结合，向上或向下调节其催化活性。激活剂和抑制剂的这种相互作用和谐地维护了细胞内化学过程的级联秩序。
酶催化不断激发科学家模仿自然来控制许多领域的各种过程，从小型实验室规模到许多化合物的大型工业制造。然而，尽管合成催化剂具有很高的功效，但加速和抑制之间的交替并不能完全阻止它们工作或仅限于使用其他化学品。
这种限制在管理同时和连续过程时变得尤为重要，尽管尝试了调制，但不需要的平行反应可能会持续存在。因此，许多研究工作正在进行中，以有效和环保的方式控制复杂转化的方法，减少额外化学品的使用，特别关注选定反应的交替开始和停止。
可能吗?《ACS催化》杂志上描述的一个新概念清楚地阐明了这个问题。
由Volodymyr Sashuk教授领导的波兰科学院物理化学研究所的研究人员提出的一种新方法已经证明，使用光可以轻松控制催化过程，这可能是酶典型的化学调节的替代方法。基于所提出的概念，可以以完全受控的方式选择性地减慢或加速化学反应，而不会降解所使用的催化剂本身。它是如何工作的?
“我们证明，可以通过将催化剂隐藏在包裹大多数无机纳米颗粒表面的有机单层中来控制催化。多亏了这一点，才能完全抑制催化活性，“Volodymyr Sashuk教授说。
研究人员专注于使用纳米结构材料打开/关闭反应，通过采用特定波长可以打开或关闭催化，就像“光开关”一样。该材料基于尺寸为 ~3 nm 的金纳米颗粒，通过 AuNPs 和硫醇配体之间的强 Au-S 键，用钌基有机 N-杂环卡宾配合物装饰在其表面。
所提出的材料的独特之处在于其组成，其中笨重的硫醇产生空间位阻，而含偶氮苯的硫醇支持称为预催化剂的 Hoveyda-Grubbs 钌配合物，它通过与底物反应来启动催化过程。
所设计的纳米系统对特定范围的光敏感，允许预催化剂改变其在有机单层中的位置，并通过电磁刺激控制对基底的访问和催化。
在可见光存在或黑暗中，钌基预催化剂暴露于溶液中，引发并维持复分解反应。相反，当系统受到紫外线照射时，偶氮配体会发生异构化，就像一个“按钮”，以防止预催化剂活化。
这是通过材料设计促进的，其中PT配体的苯环阻碍了对预催化剂的访问，将其隐藏在溶液中并有效地抑制催化过程。意大利的里雅斯特大学的科学家进行的理论模拟支持了这种机制的可行性。
Paola Posocco教授进一步解释说：“我们的计算表明，与仅含有脂肪族链的金纳米颗粒表面相比，涂有苯基部分的金纳米颗粒表面可以更好地防止分子进入。显然，这转化为观察到的催化剂关闭。
所提出的方法允许在不使用其他化学品的情况下快速有效地使催化剂失活，并能够控制反应速率。研究人员认为，他们对所提出的材料中预催化剂位置进行光诱导操纵的非常规方法将有助于提供许多功能催化剂，这些催化剂将在各个领域得到应用，特别是在增强化学选择性领域。同时，他们强调跨学科在研究中的作用。
