近日，中国科学技术大学环境学院提出了一种基于纳米铁功能材料的双功能核壳结构，实现了高效生物催化还原，研究成果以“Bifunctional Core-Shell Architecture of nFe0@CNT Enables Efficient Biocatalytic Reduction”为题发表于Angewandte Chemie International Edition。

生物-非生物杂化系统通常依赖光能或电能等外部能量来驱动胞内催化还原反应，存在胞内电子流受限、能量转化效率低等瓶颈。针对上述挑战，本研究设计了一种纳米铁基核壳功能材料，其石墨化碳壳选择性捕获长链羧酸缓解微生物膜损伤，加速底物跨膜输入，纳米零价铁核则经微生物释放的低分子量有机酸诱导释放微量铁离子作为酶活性辅助因子。研究表明，该策略使底物利用率提升87%，胞内NADH量显著扩增，同时NADH脱氢酶活性和功能酶活性分别提升66.5%和69.3%，在生物脱氮和生物合成应用中展现出显著增强的催化性能。此外，生命周期评估与经济分析表明，相较于传统生物催化强化策略，该方案在碳排放和综合成本方面均具有显著优势。该工作为纳米铁功能材料增强生物催化还原提供了新思路，在绿色生物制造与环境修复领域具有广阔应用前景。

图 双功能核壳结构纳米铁强化生物催化还原示意图

该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金以及校青年创新重点基金等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.9389619