Wetenschappers ontdekken primitieve foto-oxidatiekatalysator

Met stikstof gedoteerd grafiet katalyseert reacties om vroege biomoleculen te produceren.

De zon, die een cruciale rol speelde bij het aandrijven van de eerste biochemische moleculen op aarde, faciliteerde cruciale reacties, samen met katalysatoren die chemische processen versnelden. Een groep onderzoekers heeft onlangs bewezen dat de stof ontstaat uit de reactie van ammoniak en methaan plasma Het heeft het vermogen om lichtenergie te benutten om de overgang van een amine naar een imine te vergemakkelijken.

Het is mogelijk dat dit mechanisme een belangrijke bijdrage heeft geleverd aan de vorming van de eerste biomoleculen. De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Angewandte Kimi.

Tussen drie en vier miljard jaar geleden vormden zich op de oeraarde de eerste biomoleculen voordat het leven explodeerde. Voor deze vroege chemische reacties waren echter katalysatoren nodig. Shenchen Wang en een team van onderzoekers van de Fuzhou Universiteit in China ontdekten dat de oorspronkelijke atmosfeer zelf als bron van deze stimuli had kunnen fungeren.

Met behulp van methaan en ammoniak, die waarschijnlijk aanwezig waren in het hete gasmengsel dat de Archeïsche wereld bedekte, gebruikte het team chemische dampafzetting om stikstofhoudende koolstofverbindingen als potentiële katalysatoren te produceren. Ze ontdekten dat deeltjes uit het ammoniak- en methaanplasma in de reactiekamer condenseren op het oppervlak en snel groeien om een ​​vast stikstof-koolstofpolymeer te vormen dat lijkt op met stikstof gedoteerd grafiet.

Zoals het team opmerkte, gaven de onregelmatig gefuseerde stikstofatomen dit polymeer katalytisch actieve plaatsen en een elektronische structuur waardoor het door licht kon worden geëxciteerd. Vervolgens gingen de onderzoekers zich richten op het bewijzen van het vermogen van de stof om andere stoffen onder invloed van licht te reduceren of te oxideren.

Misschien wel een van de belangrijkste reacties die plaatsvonden op de vroege aarde was de vorming van imines. Iminen, ook wel Schiff-basen genoemd, zijn een vorm van gedehydrogeneerde aminen, dit zijn verbindingen die zijn samengesteld uit koolstof, stikstof en waterstof. Veel scheikundigen veronderstellen dat imines op een oeraarde mogelijk hebben bijgedragen aan de vorming van de eerste genetische moleculen uit ribonucleaire cellen. zuur (RNA). Wang en zijn team kunnen aantonen dat de door plasma gegenereerde katalysator aminen in imines kan omzetten met alleen zonlicht.

Het team zegt dat op koolstofnitride gebaseerde fotokatalysatoren, zoals die welke in het plasma worden gegenereerd, miljoenen jaren mee kunnen gaan en belangrijke chemische tussenproducten kunnen produceren. Bovendien kan het dienen als bron van koolstof- en stikstofhoudende verbindingen. Door aan te tonen dat het mogelijk is om zo’n katalysator te produceren met alleen de gassen en omstandigheden die aanwezig waren in de vroege atmosfeer van de aarde, werpt de studie nieuw licht op het potentiële evolutionaire pad dat biomoleculen hebben gevolgd.

Referentie: “Plasma-versterkte chemische dampafzetting van redox-actieve stikstofhoudende koolstof uit NH3- en CH4-gassen” door Yan Wang, Yuan Xingfang, Yankun Wang, Haisoo Wu, Masakazu Anbu en Jamie C. Yu en Shenzhen Wang, 22 juni 2023, Angewandte Chemie Internationale Editie.
doi: 10.1002/anie.202307236

De studie werd gefinancierd door het National Key Technologies Research and Development Program van China, de National Natural Science Foundation of China en Project 111.