نانواکسیدهای لایه ای منگنز اکسید: اتصال به پروتئین، مکانیسم های اکسایش آب، خودترمیمی و تخریب

در این تحقیق، ابتدا با استفاده از برخی روش¬ها، منگنز(ii) و پرمنگنات به¬عنوان محصول فرعی در واکنش منگنز اکسید در حضور اکسنده سریم آمونیوم نیترات دنبال شد و نشان داده شد که ترکیب¬های منگنز حاصل از فرآیند اکسایش آب، منگنز(ii) و پرمنگنات، با یکدیگر ترکیب می¬شوند تا آسیب¬های کاتالیزوری ناشی از تخریب کاتالیزور را ترمیم کنند. در این واکنش¬ها، منگنز(ii) ناشی از تخریب کاتالیزوری فیلم منگنز اکسید و یا تسهیم نامتناسب منگنز(iii) می¬باشد. سپس، این منگنز(ii)ها توسط سریم(iv) به پرمنگنات اکسید می شوند. پرمنگنات در حضور منگنز اکسید آب را اکسید می¬کند و یا با یک مسیر دیگر، توسط منگنز(ii) به منگنز اکسید کاهش پیدا می¬کند. بنابراین، علاوه بر اکسایش آب در این شرایط یک فرآیند خودترمیمی نیز پیشنهاد شده است. در مطالعات دیگر، نانو منگنز اکسیدها درون محیط پروتئین باوین سروم آلبومین سنتز شد و توسط روش های مختلف مورد بررسی قرار گرفت. این ترکیب اکسایش آب را در حضور اکسنده سریم(iv) انجام داد. در این روش از باوین سروم آلبومین به¬عنوان یک مدل برای شبیه¬سازی ساختاری و عملکردی پروتئین های پایدارکننده در فتوسیستم ii استفاده شد. در مرحله بعد، نانو منگنز اکسید لایه¬ای تثبیت¬شده درون محیط پلیمری، پلی(4- وینیل پیریدین)، به¬عنوان مدلی برای کلاستر اکسنده آب در فتوسیستم ii سنتز شد. ترکیب یک کاتالیزور بسیار موثر در اکسایش آب می¬باشد، و در حضور این ترکیب آزادسازی اکسیژن با اضافه¬ولتاژ 50 میلی¬ولت و در حدود ph خنثی آشکار شده است. این مقدار اضافه¬ولتاژ کم، به اضافه¬ولتاژ استفاده شده توسط طبیعت در فتوسیستم ii سیانوباکتری ها، جلبک¬ها و گیاهان سبز برای واکنش¬های اکسایش آب شباهت دارد. به¬علاوه، نانو منگنز- کلسیم اکسید تثبیت¬شده درون محیط پلیمری پلی¬گلوتامیک اسید سنتز شد و از آن به¬عنوان یک مدل ساختاری و عملکردی برای سایت اکسنده آب بیولوژیکی در گیاهان، جلبک¬ها و سیانوباکتری¬ها استفاده شد. استفاده از ترکیب ناهمگن همگن¬شده تقلیدی از طبیعت، آزادسازی اکسیژن را در اضافه¬ولتاژ کم در نزدیکی ph خنثی نشان داده است. برای فهمیدن بیشتر اثر ترکیب¬های آلی و معدنی بر فعالیت اکسندگی آب این منگنز اکسیدهای لایه¬ای، اثر برهم¬کنش برخی از ترکیب¬های آلی و معدنی را بر روی فعالیت اکسندگی آب این منگنز اکسیدهای لایه¬ای مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که درنتیجه برهم¬کنش ترکیب¬های آلی و معدنی قابل اکسایش توسط منگنز اکسیدهای لایه¬ای تهیه¬شده در 60 درجه سانتی¬گراد، فعالیت اکسایش آب این اکسیدها تا بیش از 10 برابر افزایش می¬یابد که به احتمال زیاد به دلیل کاهش منگنز(iv) به منگنز(iii) می¬باشد. همچنین انواع زیادی از منگنز اکسیدها (mn3o4، ?-mn2o3، ?-mno2، camno3، ca2mn3o8، camn3o6 و camn4o8) را گزارش شده است که در حضور سریم(iv) در واکنش¬های اکسایش آب، به منگنز اکسیدهای لایه¬ای تبدیل می¬شوند. منگنز اکسیدهای لایه¬ای موثرترین کاتالیزور اکسنده آب می باشند. به-عبارت دیگر، در طولانی مدت فاز اولیه منگنز اکسید در اکسایش آب اهمیت زیادی ندارد اما شرایط اکسایش آب (ph، دما، یون¬های مختلف و غیره) فاکتورهای مهمی هستند، چرا که در مدت زمان طولانی این شرایط تعیین¬کننده ماهیت کاتالیزور واقعی اکسایش آب هستند.