纳米酶克服了天然酶易失活、成本高、可回收性差等缺点,因此非常有希望替代天然酶来用于催化反应。虽然纳米酶在多个领域展现出巨大的应用潜力,但是经过十多年的发展,纳米酶的种类依然局限于氧化还原酶类和水解酶类。另外,由于目前对纳米酶的催化机理缺乏深入的认识,导致缺乏理论指导用于设计新型的纳米酶。现阶段设计新型的材料往往需要不断的尝试,耗时耗力,科研效率极低。为解决以上问题,我们基于催化剂的结构决定其催化性质这一思路,提出了两种仿生方法:一是利用模拟天然酶催化活性中心的立体结构和组成来模拟天然酶的催化性质;二是模拟天然酶的催化功能和催化路径来设计纳米酶。本文的主要内容是按照这两种设计思路,来合成新型纳米酶。我们的实验结果也已经证实了这两种仿生思路的可行性。根据结构仿生的思路,我们推测普鲁士蓝纳米粒子之所以具有很高的类过氧化物酶活性是因为其结构与天然酶中的血红素相似。为此,我们合成了一系列的普鲁士蓝类似物,通过活性测试和对比,我们证明了普鲁士蓝纳米粒子的类过氧化物酶活性来源于氮配位的铁原子。氮配位的铁在结构上与血红素类似,因此具有极高的催化活性。另外,通过筛选大量的纳米材料,我们发现ZIF-8纳米粒子具有与天然碳酸酐酶活性中心相似的结构。活性测试证明了 ZIF-8纳米粒子的确表现出类天然碳酸酐酶的催化活性。这一结果也进一步验证了结构仿生思路的可行性。根据路径仿生的思路,我们推测金纳米粒子催化葡萄糖氧化的机理与天然葡萄糖氧化酶的催化路径类似。为此,我们研究了金纳米粒子在不同条件下的活性,实验结果证实金纳米粒子催化葡萄糖氧化的机制与天然的葡萄糖氧化酶一致。按照相同的思路,我们首先掌握了 NADH氧化酶的催化机理,发现NADH氧化酶主要具有催化脱氢和催化氧气还原成过氧化氢的能力。因此我们推测具有相同催化功能的钴纳米粒子可以用于模拟NADH氧化酶。我们提出了一种简单的方法来合成碳负载的钴纳米粒子,相关活性测试证明钴纳米粒子的确具有NADH氧化酶活性。同样按照路径仿生的思路,我们合成出单原子铑催化剂来模拟黄素酶。实验结果显示单原子铑纳米酶可以催化多种底物的氧化,同时还可以产生过氧化氢,因此表现出类黄素酶的催化性质。