Dithiothreitol (DTT), CAS: 3483-12-3, ist ein weit verbreitetes wissenschaftliches Reagenz und wird häufig als Reduktionsmittel für Sulfhydryl-DNA, als Deprotektionsmittel und zur Reduktion von Disulfidbrücken in Proteinen eingesetzt. Als neuartiges, umweltfreundliches Additiv spielt es eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der Batterieleistung.
Dithiothreitol (DTT) ist ein starkes Reduktionsmittel, dessen Reduktionsfähigkeit maßgeblich auf der Konformationsstabilität des sechsgliedrigen Rings (mit Disulfidbrücken) im oxidierten Zustand beruht. Die Reduktion einer typischen Disulfidbrücke durch Dithiothreitol erfolgt über zwei aufeinanderfolgende Sulfhydryl-Disulfid-Bindungsaustauschreaktionen. Die Reduktionskraft von Dithiothreitol (DTT) ist pH-abhängig und entfaltet ihre reduzierende Wirkung nur bei pH-Werten über 7. Dies liegt daran, dass nur deprotonierte Thiolat-Anionen reaktiv sind, Mercaptane hingegen nicht. Der pKa-Wert von Mercaptogruppen liegt üblicherweise bei 8,3.
Dithiothreitol (DTT) wird häufig zur Reduktion von Disulfidbrücken in Proteinmolekülen und Polypeptiden eingesetzt. Es dient üblicherweise als Schutzmittel für Proteinsulfhydrylgruppen und wird in Impfstoffen verwendet, um die Bildung intra- und intermolekularer Disulfide zwischen Proteincysteinresten zu verhindern. Bei der Nukleinsäure-Detektion kann Dithiothreitol (DTT) die Disulfidbrücken im RNase-Protein aufbrechen, die RNase denaturieren und so Experimente wie die Erstellung von RNA-Bibliotheken und die RNA-Amplifikation erleichtern. Dithiothreitol (DTT) wird außerdem als Antidot zum Schutz von Zellen und Geweben sowie als Strahlenschutzmittel eingesetzt.
Dithiothreitol (DTT) kann jedoch häufig die in die Proteinstruktur eingebetteten Disulfidbrücken nicht reduzieren (Lösungsmittelunzugänglichkeit). Die Reduktion solcher Disulfidbrücken erfordert oft eine vorherige Denaturierung des Proteins.
Um den Shuttle-Effekt von Lithium-Schwefel-Batterien zu hemmen und deren elektrochemische Leistung zu verbessern, wird Dithiothreitol (DTT) als Schermittel eingesetzt, um höhermolekulare Polysulfide zu spalten und deren Auflösung zu verhindern. DTT wird in ein Papier aus mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhren (MWCNTs) eingemischt, um eine DTT-Zwischenschicht herzustellen. Diese DTT-Zwischenschicht wird zwischen der positiven Elektrodenfolie und dem Separator der Lithium-Schwefel-Knopfzelle platziert, wobei die Schwefelbeladung der positiven Elektrodenfolie etwa 2 mg/cm² beträgt. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen bestätigen die gleichmäßige Verteilung von DTT auf der Oberfläche und in den Poren des MWCNTs-Papiers. Elektrochemische Tests zeigen, dass die Lithium-Schwefel-Batterie mit DTT-Sandwichstruktur bei einer Entladerate von 0,05 C eine erste spezifische Entladekapazität von 1288 mAh/g aufweist. Erstmals liegt die Coulomb-Effizienz nahe bei 100 %, und die spezifische Kapazität erreicht beim Laden und Entladen mit Raten von 0,5C, 2C und 4C Werte von 650 mAh/g, 600 mAh/g bzw. 410 mAh/g. Die Einführung der DTT-Sandwichstruktur ermöglicht ein effektives Abscheren höhermolekularer Polysulfide. Dadurch wird deren Migration zur Lithium-Negativelektrode verhindert, der Shuttle-Effekt gehemmt und die Zyklenstabilität sowie die Coulomb-Effizienz von Lithium-Schwefel-Batterien verbessert.
Es ist wichtig zu beachten, dass Dithiothreitol (DTT) eine giftige Substanz ist. Beispielsweise kann DTT in Gegenwart von Übergangsmetallen oxidative Schäden an biologischen Molekülen verursachen. Gleichzeitig kann DTT die Toxizität einiger arsen- und quecksilberhaltiger Verbindungen erhöhen. Dithiothreitol (DTT) hat einen stechenden Geruch, der beim Einatmen und Hautkontakt gesundheitsschädlich sein kann. Daher ist es notwendig, beim Umgang mit DTT Schutzausrüstung zu tragen, z. B. Atemschutzmaske, Handschuhe und Schutzbrille, und in einem Abzug zu arbeiten.
Thithreitol (DTT) als Schermittel in Lithium-Schwefel-Batterien
Lithium-Schwefel-Batterien gelten aufgrund ihrer hohen Energiedichte und Umweltverträglichkeit als vielversprechendes Batteriesystem. Der „Shuttle-Effekt“ der Polysulfide führt jedoch zu einer geringen Zyklenstabilität und starker Selbstentladung, was ihre Anwendung einschränkt.
Thiothreitol (DTT) kann der Batterie als Schermittel zugesetzt werden. Es kann Disulfidbindungen bei Raumtemperatur schnell spalten, höhermolekulare Polysulfide spalten, um deren Auflösung zu verhindern, den Shuttle-Effekt hemmen und die elektrochemische Leistung von Lithium-Schwefel-Batterien verbessern.
Dithiothreitol (DTT) als Elektrolytzusatz in alkalischen Aluminium/Luft-Batterien
In alkalischen Aluminium/Luft-Batterien kann Dithiothreitol durch dynamische kovalente Bindungen auf der Oberfläche der Aluminiumanode eine gleichmäßige und stabile Schutzschicht bilden, die Selbstkorrosion der Aluminiumanode hemmen und ihre Leistungsfähigkeit effektiv verbessern.
Veröffentlichungsdatum: 31. Dezember 2021