2026 年 1 月 21 日
人體可說是最優秀的「原子工程師」。在開發一項可能改變過氧化氫及其他化學品工業生產方式的創新技術過程中，由奧洛穆茨帕拉茨基大學（Palacký University）CATRIN 先進研究與技術研究所，以及奧斯特拉發 VŠB 技術大學能源與環境技術中心（CEET）研究人員領導的國際團隊，對此有了深刻體會。
研究團隊在設計一種全新的材料時，目標是簡化過氧化氫的生產流程，並避免使用有毒有機溶劑與昂貴的貴金屬催化劑，而僅依靠太陽能、氧氣與水即可運作。科學家在研究過程中從人體酵素的結構與運作機制中獲得靈感。該研究成果已於去年底發表於知名期刊《Nature Communications》，並被列為年度 50 項重要科學發現之一。
過氧化氫是全球最重要的工業化學品之一，不僅在化學工業中廣泛應用，也被用於製藥、醫療、紡織工業及水處理技術。全球過氧化氫市場規模估計每年超過 50 億美元。然而，傳統生產方法涉及多步驟化學反應，通常需要使用有毒有機溶劑並依賴昂貴的鈀基催化劑，同時相關原料與廢棄物也可能對環境與人體健康造成影響。
CATRIN 與 CEET 研究團隊負責人 Radek Zbořil 表示：「我們的目標是開發一種能夠高效率、環保且低成本生產過氧化氫的材料。在設計這種光催化劑時，我們從人體酵素的結構與作用方式中獲得靈感。最終的技術不需要有毒有機溶劑或昂貴的貴金屬，而是使用由碳、氮與銅構成的低成本材料，在水中僅依靠太陽光與空氣中的氧氣即可運作。」
在開發這種新型光催化劑的過程中，研究人員模仿了人體細胞中的 細胞色素 c 氧化酶（cytochrome c oxidase）。這種酵素能透過將電子轉移至氧分子，使細胞獲得能量。在酵素結構中，銅原子扮演關鍵角色，而研究團隊正是利用這一機制來設計催化材料。
該研究第一作者 Lukáš Zdražil（同時隸屬於 CATRIN 與 CEET）表示：「我們非常精確地模擬了酵素中金屬原子的化學環境，並將銅原子固定在具有光催化特性的極小碳奈米粒子表面。在光照條件下，碳奈米粒子、銅原子與氧分子之間會發生高度有效的電子轉移，類似酵素的作用機制，從而大幅提升過氧化氫的生成效率。」
利用太陽光與水來生產過氧化氫，長期以來一直是全球研究團隊努力的目標，因為這種方法不需要有毒有機溶劑，也不會產生有害副產物。然而，以往研究多停留在實驗室階段，尤其在需要使用昂貴金屬或結構複雜的光催化材料時，其產量通常遠低於工業化需求。
Zdražil 指出：「我們開發的新型光催化劑，其過氧化氫產量比目前文獻中已發表的系統高出約兩個數量級，已更接近工業應用需求。此外，該材料完全無毒，且易於回收並可重複使用。」
目前，捷克研究團隊正進一步探索這項技術在 分散式或現場化學生產（on-site chemical production） 的應用潛力，例如農業、製藥及環境保護領域。研究人員認為，將太陽能與模仿酵素機制的材料結合，未來有望開發更多具有應用潛力的技術。
Zbořil 最後表示：「透過模仿以鐵或銅為核心的酵素結構與功能，我們未來或許能開發出更多新的化學製程，例如用於生產環氧化物、醇類或酚類化合物等，為化工與製藥產業帶來新的可能性。」
Source: https://www.catrin.com/cs/aktuality/cesti-vedci-vyvinuli-material-pro-vyrobu-chemikalii-z-vody-a-slunce-inspirovali-se-lidskymi-enzymy/
