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相较于无机催化剂,酶能使化学反应活化能显著减少;酶对底物的选择十分专一;酶的生物属性,使催化反应在温和环境中即可进行。然而,在高温、强酸或强碱条件下游离酶结构会发生改变而失去活性,且不易被回收利用。固定化酶稳定性好,易分离,方便回收,节约成本,并适应严苛的反应条件。金属有机框架材料(MOFs)具有孔道结构规则,比表面积较大和富含金属位点等诸多特性,是一种优秀的酶固定化载体。本文利用MOFs材料对酶进行固载,不仅实现了酶的回收利用,而且使酶的稳定性和催化效率得以大幅提升。合成新型光催化剂与酶催化体系结合,实现NADH再生,并将CO2还原为甲醇,实现对CO2的有效利用。本文主要工作如下:(1)成功构建了磁性金属有机框架材料固定化酶载体。以磁性Fe304纳米微球为“核”,通过层层自组装技术,在其表面包覆了HKUST-1壳层,实现了对辣根过氧化物酶(HRP)和葡萄糖氧化酶(GOx)的共同固定化。通过调控酶的空间定位,获得三种纳米双酶体系。(2)系统研究了纳米双酶体系的催化条件和动力学。研究表明当pH=6,温度为20℃时酶活性最高。其中GOx固定在外层HKUST-1,HRP固定在内层HKUST-1的纳米系统被发现是最佳固载方式,显示出优越的动力学特性,米氏常数Km=0.8 mmol·L-1,最大反应速率Vmax=11.3 μmol·L-1·min-1。而 HRP 固定在外层 HKUST-1,GOx 固定在内层HKUST-1的纳米系统,连续10次回收利用后,仍能得到80.6%的底物转化率,拥有最佳的操作稳定性。(3)合成了光催化还原和酶催化相结合的纳米催化体系,成功实现了CO2的还原和NADH辅因子的再生。合成金属卟啉配合物,光照条件下,可实现NADH再生,将C02还原为甲酸,甲酸产量可达174 mmol·L-1·h-1。在该光催化体系中,引入乙醇脱氢酶和甲醛脱氢酶,建立光催化剂和生物催化剂复合体系,实现NADH再生以及将CO2还原为甲醇。