研究人員表示，一種名為鎳鐵氫化酶的古老生物酶可能在為可再生能源經濟生產氫氣方面發揮關鍵作用。對這種酶的仔細研究促使伊利諾伊大學厄巴納化學家設計了一種合成分子，模擬這種酶產生氫氣的化學反應，該研究已發表在《自然通訊》雜志上。

目前，工業氫通常是通過電解過程從水中的氧原子中分離出氫氣分子來生產的。為了在工業環境中促進這種化學反應，鉑金屬被用作引導反應的陰極催化劑。然而，許多研究表明，隨著世界向更環保的能源方向發展，鉑金的昂貴和稀有性使其缺乏吸引力。

目前，工業氫氣通常是通過使用一種稱為電解水將氫氣分子與水中的氧原子分離來生產的。為了在工業環境中促進這種化學反應，在引導反應的陰極中使用鉑金屬作為催化劑。然而，許多研究表明，隨著世界向更環保的能源邁進，鉑的價格和稀有性使其失去吸引力。

另一方面，研究人員說，自然界的鎳鐵氫化酶，是使用地球上豐富的金屬來產生氫氣。

研究人員表示，天然酶核心的鎳通過還原水中的質子來產生氫氣，在催化過程中，鎳中心經過順磁性中間體，這意味著中間體有一個不成對的電子，這使它們的壽命非常短。

十多年來，合成化學家已經制造出可以產生氫氣的鎳化合物。雖然其中一些化合物在生產氫氣方面非常有效，但其中絕大多數都是通過非順磁性的中間體運作的。

Mirica說：“研究人員正試圖準確地模擬大自然的行為，因為它是高效的，而最大限度地提高效率，是設計能源時需要克服的關鍵挑戰，能夠重現天然酶中發生的順磁性中間步驟是我們團隊正在努力實現的目標——提高效率并模仿自然。”

為實現這一目標，該團隊設計了一種稱為配體的有機分子，該分子包含氮和硫等供電子原子，可以將鎳固定在適當位置并支持產生氫的兩種相關順磁態。將該分子與其他催化劑區分開來的關鍵設計元素是在鎳中心附近存在碳氫鍵，該碳氫鍵在催化過程中被破壞并重新形成。這對于穩定上述順磁態至關重要。

研究人員說，最近發現了幾種不尋常的酶，它們的活性位點具有金屬-碳鍵。合成復合物中的此類設計原則可能會導致進一步深入了解自然界如何與氫等小分子進行化學反應。

這項研究得到了美國國家科學基金會支持。