酶催化作为生物催化的重要途径,参与着机体的生命活动和生理代谢。天然酶具有高活性、高底物选择性等特点,然而,酶的分离、纯化成本高昂,且在高温、酸碱等非生理环境下易失活。因此,既具有纳米材料理化特性,又蕴含酶学催化功能的纳米酶应运而生,与天然酶相比,纳米酶具有活性高、合成方法简单、成本低廉、可批量生产和易于进行功能化修饰等优势,在生物传感、疾病治疗等领域引起了越来越多的关注。金属-氮共掺杂碳材料（M-N-C）在燃料电池领域有着近50年的研究历史,具有优异的氧还原电催化性能。受细胞色素P450酶（CYP）中血红素Fe-N配位活性中心的启示,近年来,M-N-C被发现与P450酶类似,能够高效活化分子氧。然而,相较于M-N-C材料在电催化领域的深入研究,人们对于M-N-C作为纳米酶的认识还处于相对初步的阶段,亟需通过调节纳米酶的结构改善纳米酶催化反应的活性,探索新的制备策略,从而进一步理解纳米酶结构-底物种类-性能三者的内在联系。此外,为了拓展纳米酶的生物医学应用范围,也亟待在生物学背景下开发纳米酶更高级的生物功能。因此本论文研究了Fe-N-C和Co-N-C的合成策略和纳米酶催化活性规律,初步探索了Fe-N-C模拟CYP在药物代谢过程中的催化和抑制效应,揭示了将Fe-N-C用于未来药物相互作用的可能性。主要研究内容如下:1、探究Fe-N-C纳米酶制备策略,提出Fe-N-C中高度石墨化框架对于纳米酶反应中模拟CYP生物催化与最常见的电化学催化氧还原的作用规律不同。基于此,利用低温碳化制备的Fe-N-C作为类CYP纳米酶的催化活性得到了提高。进一步通过模拟CYP代谢药物过程中不同的抑制反应,发现在常见抗菌药、抗生素或西柚汁的共同作用下,Fe-N-C表现出与CYP类似的抑制行为,其活性可以被不同程度和形式的降低。机制研究表明与天然酶血红素结构相似的Fe-Nx活性中心起到了关键作用。该研究为探索纳米酶更高级的生物功能提供了一个新思路,初步揭示基于纳米酶应用“定制”Fe-N-C合成方法的重要性,同时也展现了Fe-N-C在一定程度上可替代昂贵的CYP用于药物代谢体外初筛、用药剂量指导等药物-药物相互作用研究的广阔前景。2、为研究其他金属中心的纳米酶活性,通过借鉴工业中的化学气相沉积技术,改善了传统气固相反应的动力学过程,利用坩埚作为反应容器,坩埚内热解的双氰胺作为碳源和氮源,提出碳纳米管状钴-氮共掺杂纳米酶的制备策略。初步研究了其纳米几何结构与纳米酶的催化活性之间的联系。