我院精细化工全国重点实验室“仿生识别与荧光传感”教育部创新团队在仿生催化领域取得了系列研究成果，构建了一系列超分子仿生催化体系，协同光/电等外场强化实现了多个具有应用意义的催化反应。近日，该团队基于前期工作基础（Angew. Chem. Int. Ed., 2025, 64, e202508030; J. Am. Chem. Soc., 2024, 146, 29272 (Cover Paper); J. Am. Chem. Soc., 2023, 145, 6719; J. Am. Chem. Soc., 2019, 141, 12707; Nat. Commun., 2024, 15, 8813; Nat. Commun., 2021, 12, 5092; Nat. Commun., 2020, 11, 2903; Angew. Chem. Int. Ed., 2022, 61, e202114490），提出双电子电催化策略，通过构建一种兼具酶口袋特性与辅酶功能单元的配位胶囊，利用限域作用封装谷胱甘肽类似物N-乙酰半胱氨酸（NAC），首次定制了一种仿生捕获-吸附-活化新路径，在电还原NO合成氨领域取得新进展。相关成果以“NADH Mimic-Decorated Coordination Capsules for Biomimetic Capture of NO and Electrocatalytic Reduction to NH₃,”为题发表在《德国应用化学》（Angewandte Chemie International Edition）上，并被选为封面论文。论文第一作者为博士研究生汪花丽，通讯作者为赵亮副教授。

氮氧化物（NO_X）的可持续转化不仅是全球氮循环的关键组成部分，更为人工氮循环整合高附加值资源提供了一种有前景的途径。然而，多电子步骤的电化学氮氧化物转化在控制选择性和催化效率方面仍然面临着巨大的挑战。此外，电催化系统典型的气-液-固三相催化特征严重制约了气态NO结合和活化传质过程。自然界中的S-亚硝基谷胱甘肽还原酶（GSNOR）通过活性口袋中谷胱甘肽介导NO结合，在常温常压下就能实现高效高选择性的NH₃合成。受此启发，开发可持续转化NO的人工催化体系以优化吸附动力学和协调选择性生产，是实现生物氮循环的关键。

配位胶囊介导仿生电转化NO合成氨

配位胶囊的限域空腔类似于酶袋的微环境，诱导NAC结合形成预平衡包合物种，随NO通入能够迅速生成NO-加合物S-亚硝基-N-乙酰半胱氨酸（SNAC）包合物，实现NO的精准捕获。胶囊上的NADH模拟物与封装的高活性SNAC产生相互作用，通过酶促方式促进分子内氢化物转移产生氨气，同时形成氧化态NAD⁺模拟物。配位胶囊的金属中心钴离子具有可逆的氧化还原活性，可作为电子库从阴极连续捕获电子，为活性NADH模拟物的再生与循环提供动力，实现可持续的电化学NO还原生产氨的目标。

配位胶囊及预平衡包合物种的组装及其光电性质表征

电催化动力学实验揭示仿生催化系统遵循Michaelis-Menten机制，展现出媲美天然酶的催化性能，在−0.2 V_RHE以下电位区间，NH₃法拉第效率接近100%，无氢气等副产物生成，在−0.3 V_RHE时氨气的生成速率高达121.6 μmol·h⁻¹·cm⁻²，且具有优异的O₂耐受性和结构稳定性，为利用人工催化剂实现可再生电力驱动的固氮提供了新思路。该研究工作得到了国家重点研究计划、国家自然科学基金、教育部前沿科学中心及大连理工大学的支持。

论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202519123