Новая мембранная конструкция имитирует протеиновые каналы для эффективного сбора энергии

Графический реферат. Кредит: Журнал Американского химического общества (2025). Doi: 10.1021 / jacs.4c18730

Исследовательская группа из Института биоэнергетической и биопроцессной технологии Циндао Китайской академии наук, а также соавторов, представила новый дизайн мембраны, который имитирует биологические протеиновые каналы для улучшения транспорта протонов для эффективного сбора энергии. Исследование было опубликовано в Журнал Американского химического обществаПолем

Протонный транспорт имеет основополагающее значение для многих биологических процессов и методов преобразования энергии. Вдохновленный антипортером CLC-EC1, обнаруженным в Escherichia coli, что облегчает движение хлорида (CL^—и протоны, исследователи разработали гибридную мембрану, состоящую из ковалентных органических рамок (COF), интегрированных с нановолокон арамидов (ANF).

Этот композит ANF/COF образует надежную сеть водородных связей и оснащена амидными группами, которые избирательно связываются с CL^— Ионы, значительно снижая энергетический барьер для протонной проводимости.

В кислых средах добавление всего 0,1% Cl^— Ионы (по сравнению с протонами) увеличивает скорость проникновения протона мембраны, достигая 9,8 моль М.^-2 час^-1Полем Это улучшение не наблюдалось с другими анионами, такими как №3^— или SO4^2-подчеркивая уникальную роль CL^—Полем

Механизм протона протона системы, проверенный с помощью расчетов с помощью спектроскопии и теории функционала плотности (DFT), демонстрирует, что CL^— Связывание растягивает цепей ANF, улучшает сети водородных связей и обеспечивает эффективную миграцию H⁺ ионы

Важно отметить, что производительность мембраны превращается в реальные приложения. При смоделированных условиях кислотных сточных вод мембрана ANF/COF достигла плотности выходной мощности 434,8 Вт.^-2— Один из самых высоких сообщений на сегодняшний день для производства осмотической энергии. Он также показал структурную стабильность более 9 000 минут (~ 150 часов) операции в высококистных средах.

«Эта работа иллюстрирует, как имитирующая природа может решать реальные экологические и энергетические задачи»,-сказал совместный автор профессора Чжу Чжу Юг из Университета Бейханга. «Наша мембрана не только повышает эффективность переноса протонов, но и открывает дверь для превращения промышленных отходов в электричество».

Это исследование подчеркивает новый CL^—-Парадигма протонной транспорта, обеспечивая план для мембран следующего поколения в области энергетических и экологических применений.

Больше информации:
Wenxiu jiang и др., Протеиновые каналы с помощью хлорида с помощью биоиндуации: усиление транспорта протонов для устойчивого сбора энергии из кислых сточных вод, Журнал Американского химического общества (2025). Doi: 10.1021 / jacs.4c18730

Информация журнала:
Журнал Американского химического общества, предоставленное Китайской академией наук

Цитирование: Новая мембранная конструкция имитирует протеиновые каналы для эффективного сбора энергии (2025, 8 апреля), извлеченные 9 апреля 2025 года из этого документа, подвергается авторским праву. Помимо каких -либо справедливых сделок с целью частного исследования или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только для информационных целей.