Biomimetic Mineralization and Assembly Route To Synthesize Au/ZnO Nanostructures for the Oxidation of NADH

催化作用 纳米颗粒 甲酸 胶体金 纳米结构 化学 纳米技术 材料科学 醛 表面电荷 氧化还原 仿生合成 组合化学 固定化酶 化学工程 电化学 醇脱氢酶 甲醛脱氢酶 生物传感器 矿化(土壤科学) 金属 表面改性 催化氧化 电催化剂 酒精氧化 甲醛 淀粉 多相催化
作者
Anjaneyulu Karamkanti,Anupam Shukla,Sanghamitra Pati,Krishna Kanthi Gudimella,Mahalakshmi Tangudu,Bijaya Ketan Sahoo,Nandimalla Vishnu,Gousia Begum
出处
期刊:ACS Biomaterials Science & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:11 (12): 7509-7522
标识
DOI:10.1021/acsbiomaterials.5c01031
摘要

Polysaccharides are a promising and cost-effective alternative to polypeptides for biomimetic mineralization. This study presents a biomimetic approach for synthesizing flower-like ZnO nanostructures using starch as both a structure-directing and mineralizing agent. These structures are functionalized with gold (Au) nanoparticles using two methods: a polyamine-mediated layer-by-layer (LbL) assembly of citrate-capped gold nanoparticles (Au-Cit) and an in situ reduction of gold salt on the ZnO surface. The Au/ZnO-5-in situ-8 catalyst demonstrates superior performance in NADH oxidation (73.7% conversion vs 27.9% for Au/ZnO-5-LbL), attributed to smaller size, better dispersion, and favorable surface charge of Au nanoparticles. Most importantly, the greater surface coverage of Au nanoparticles on the ZnO support plays a crucial role in determining the catalytic activity. The study demonstrates that the Au/ZnO-5-in situ-3 catalyst is effective for both biotransformation and electrocatalytic oxidation of NADH. In the enzymatic reaction, the enzyme aldehyde dehydrogenase (ALDH) oxidizes formaldehyde into formic acid using NAD+, which is generated catalytically by Au/ZnO-5-in situ-3. In electrocatalysis, Au/ZnO-5-in situ-3 outperforms Au/ZnO-5-LbL due to its positive surface charge, which enables efficient electrostatic binding of NADH, thereby lowering the oxidation potential and increasing the oxidation current. This easily adaptable synthetic strategy for devising hybrid catalysts with controlled nanoparticle size, dispersion, and surface coverage represents a pivotal advancement for developing optical and electronic sensory devices.
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