CO₂の溶解・沈殿を促進するペプトイドナノ材料(Crystalline Peptoid Nanomaterials for Promoting Carbon Dioxide Dissolution and Precipitation)

2025-09-15 パシフィック・ノースウェスト国立研究所 (PNNL)

太平洋北西国立研究所(PNNL)の研究では、結晶性ペプトイドからなる新しいナノ材料が、二酸化炭素の水への溶解と鉱物化(沈殿)を促進することが示された。ペプトイドは合成可能で構造制御性に優れた分子であり、研究チームはこれを規則正しい結晶状に組み上げ、CO₂が効率的に取り込まれる表面環境を形成した。その結果、従来よりも速く二酸化炭素が水に溶解し、炭酸塩として固定されやすくなることが確認された。これは大気中のCO₂削減や長期貯留の新たな手法につながる可能性がある。成果は持続可能な炭素管理技術や気候変動対策における基盤的知見を提供するものであり、人工分子設計による環境材料開発の有効性を示す。

CO₂の溶解・沈殿を促進するペプトイドナノ材料(Crystalline Peptoid Nanomaterials for Promoting Carbon Dioxide Dissolution and Precipitation)
Designed peptoid assemblies exhibited catalytic activity toward hydrating CO2 to bicarbonate and accelerate the conversion of bicarbonate to carbonate. (Image by Nathan Johnson | Pacific Northwest National Laboratory)

<関連情報>

炭酸脱水酵素模倣体としてのペプトイド結晶性ナノ材料の組み立て:CO2の水和促進と隔離への応用 Assembled peptoid crystalline nanomaterials as carbonic anhydrase mimics for promoted hydration and sequestration of CO2

Progyateg Chakma,Ying Chen,Bradley S. Harris,Yasmene W. Elhady,Renyu Zheng,Mark E. Bowden,Vaithiyalingam Shutthanandan,Alexander B. Bard,Thi Kim Hoang Trinh,Xueyun Zheng,Christopher J. Mundy,Marcel D. Baer & Chun-Long Chen
Nature Communications  Published:09 August 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-62366-w

Abstract

Carbonic anhydrase (CA) mimics have received significant attention due to their promising applications in the enhanced hydration and sequestration of CO2. Herein, we report the assembly of sequence-defined peptoids into crystalline nanomaterials with controlled microenvironment of active sites as CA mimics for promoted hydration and sequestration of CO2. By incorporating specific ligands into self-assembling peptoids and coordinating these ligands with metal cations, we synthesize a variety of crystalline nanosheets and nanotubes as efficient CA mimics comparable to natural bovine CA. Molecular dynamics simulations reveal the critical roles of peptoid-Zn2+ binding energy and the active site local microenvironment on the catalytic performance of these CA mimics. CO2 precipitation results show that these CA mimics promote the hydration and sequestration of CO2 while retaining high thermal and chemical stabilities. This study offers essential guidance for the future design of high-performance CA-mimics suitable for applications in CO2 capture and sequestration.

0500化学一般
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