该研究成果发表在《美国化学会志》上。研究由中国科学院大连化学物理研究所（DICP）的李灿教授领导，并与内蒙古大学刘建教授团队合作完成。
在纳米尺度重现细胞化学
活细胞以极高的效率和精度进行复杂的生化反应。它们通过在严格控制的空间内排列不同的组分来实现这一点，在这些空间中，分子可以在精心调节的条件下移动、相互作用并发生反应。
科学家们正试图将这些原理应用于工程纳米材料。这一领域被称为纳米细胞工程，旨在构建具有特化表面和内部孔洞或空腔的类细胞结构。这些通常被称为纳米反应器的合成系统融合了细胞生物学和纳米技术的理念。
两个仿生特征
这种新型纳米反应器包含两个主要的仿生元素。
第一个是位于聚多巴胺壳层中的动态邻苯二酚/邻苯醌氧化还原对。这一化学对并不作为活性质子泵运作，而是充当质子继电器。通过反复接受和释放质子，它加速了质子耦合电子转移（PCET）过程，在该过程中，质子和电子的运动紧密相连。
第二个特征是纳米反应器的区室化结构。纳米级空腔被多孔壳层包围，形成了一个反应物可以富集的限域环境。这种结构还支持分子扩散并捕获入射光子，有助于光驱动反应更有效地进行。
提升过氧化氢光合合成
这些特征共同帮助平衡氧还原和水氧化这两个不同的反应速率，这是过氧化氢生成过程中必须协同工作的两个半反应。
在水溶液中可见光照射下，该纳米反应器的H2O2光合合成速率达到3.24 mmol gcat.-1 h-1。其太阳能到化学能的转化效率也达到了1.2%。
为了确定该系统的工作原理，研究人员结合了原位光谱、光化学分析、有限元模拟和理论计算。这些方法使他们能够观察仿生过程，并阐明驱动该反应的基于Z型异质结的光催化机制。
由阳光驱动的可回收系统
研究人员还将纳米反应器嵌入到环境友好的海藻酸钠水凝胶基质中。这制备出了固体、可回收的光催化剂，能够在自然阳光下连续合成H2O2，并保持性能稳定。
李教授表示：“我们的研究为设计日益重现活细胞复杂功能的仿生纳米反应器提供了一种新策略，为人工光合作用、能源催化和合成化学开辟了新机遇。”