原位氢气驱动的辅酶再生技术为体外化学酶法还原反应提供了可持续路径，但是辅酶生成选择性低、金属催化剂与酶之间的相互失活等问题严重制约了反应效率。
2026年1月16日，浙江师范大学杨启华、王茂弟在国际知名期刊Angewandte Chemie International Edition发表题为《Interfacial π–π Stacking Interaction Promotes H2-Driven Enzymatic Asymmetric Reduction》的研究论文，Wei Lan为论文第一作者，杨启华、王茂弟为论文共同通讯作者。
在本文中，作者通过构建油包水型Pickering乳液微反应器，利用界面π-π堆积作用实现了氢原子的定向传递，使辅酶NADH再生选择性突破99%。
进一步将该再生系统与马肝醇脱氢酶催化的2-苯基丙醛不对称还原拆分反应耦合，成功构建了化学酶法Pickering乳液微反应器，该体系可高效催化氢气驱动的还原拆分反应，获得对映体过量值超过99%，并实现了2000次以上的NADH循环再生次数，创下原位氢气驱动NADH再生系统的最高纪录。
该微反应器的高效性源于其优异的NADH选择性及金属催化剂与酶的空间分离策略。
通过非共价相互作用调控传质过程，利用空间分离解决催化剂不相容问题，这为开发高效化学酶法微反应器、推动可持续手性化学品生产提供了重要启示。
酶促还原因其在温和操作条件下具有高效率、高特异性和高立体选择性，被认为是生产高附加值化学品的一种有前景的方法。大多数酶促还原反应依赖于还原型辅因子烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）或其磷酸化形式（NADPH）的化学计量消耗。在体内和体外，从其氧化形式NAD(P)+原位再生NAD(P)H是实现辅因子可持续供应的主流途径。近几十年来，人工NAD(P)H再生方法蓬勃发展，包括化学还原、酶促还原、光催化、电催化、均相催化和多相催化等。其中，以H+为唯一副产物的H2驱动NAD(P)H再生路线因其可持续性和原子经济性而备受青睐。酶已成功用于原位H2驱动的NAD(P)H再生。例如，George M. Whitesides等人设计了一种利用氢化酶形成还原性氢物种的酶促H2驱动NADH再生体系，再生的NADH被D-乳酸脱氢酶（D-LDH）原位消耗，驱动丙酮酸不对称还原为D-乳酸，实现了1700的转换数（TON，本文指NADH再生循环次数）和94%的对映体过量（ee）。Kylie A. Vincent等人进一步提出了一种共固定化氢化酶、NAD+还原酶和醇脱氢酶（ADH）的酶修饰颗粒，在ADH催化的H2驱动苯乙酮还原中获得了655的TON。
与酶相比，负载型金属纳米粒子（SMNs）作为NAD+加氢催化剂更具吸引力，因其具有高H2解离能力、高稳定性和易于操作等优点。除了具有生物活性的1,4-NAD(P)H外，在NAD(P)+加氢过程中还会产生1,2-NAD(P)H、1,6-NAD(P)H、NAD(P)2及其他无酶活性的副产物。事实上，为了满足工业需求，原位NADH再生需要接近100%的选择性，才能实现数万次的NAD(P)H再生循环。然而，由于SMNs表面结构复杂，难以精确调控NAD(P)+在其表面的吸附模式，而这是控制NAD(P)H选择性的关键。人们已付出巨大努力，通过精细调控SMNs的表面结构或借助有机金属配合物来提高NAD(P)H的选择性。近期的成功案例包括Wang等人使用Sn掺杂的Pt/SiO2催化剂在NAD+加氢中实现了90%的选择性，以及本课题组通过Ru纳米粒子（Ru NPs，用于H2解离）与[Cp*Rh(bpy)H2O]2+（用于选择性控制）的协同作用实现了>99%的选择性。
尽管H2驱动NAD(P)H再生已取得进展，但利用SMNs的原位耦合体系在实现高NAD(P)H再生效率或获得满意的手性产物ee值方面仍收效甚微。高效的原位H2驱动NAD(P)H再生必须解决两个关键因素：(1) 酶与金属催化剂之间的相容性；(2) 活性氢物种（H*）从SMNs向NAD(P)+的定向转移，防止底物发生非预期的还原。自然界通过细胞内的空间分隔和分子识别为解决上述障碍提供了范例。具体而言，不相容的组分可通过生物膜创建的分隔空间进行区室化，或在细胞膜内或膜上组装。许多研究已基于空间分隔策略来克服酶与金属催化剂之间的不相容性。例如，本课题组及其他研究者已报道将有机金属配合物共价固定在多孔材料的纳米孔道内，以减轻酶变性效应。Kylie A. Vincent等人也设计了一种“化学/C（Pd/C）+ 生物/C（碳载NAD+还原酶）”体系，以缓解Pd与酶之间的相互作用。
除了空间分隔，细胞内由弱相互作用协调的分子识别可以高效组织天然细胞中功能组分间的相互作用。适当的非共价相互作用可同时诱导组装和识别，并已成功应用于选择性加氢以提高SMNs的催化性能。此外，非共价组装可显著加速生物过程并维持金属催化剂和酶的活性（类似于天然细胞系统），然而这一策略在原位NAD(P)H再生领域却鲜有报道。Pickering乳液由固体颗粒稳定不混溶相（如油和水）之间的界面，为酶与不相容催化剂的空间分离提供了理想平台。例如，酶可被区室化在水相中，而SMNs则组装在乳液液滴界面。通过用具有特定结合亲和力的官能团修饰SMNs，SMNs能够通过弱相互作用精确调控化学-酶法催化过程中的传质。
迄今为止，已开发出多种固体乳化剂（如表面改性的SiO2、碳纳米管复合材料、金属-有机框架），但它们在生化反应中的分子识别能力仍未得到充分探索。在本工作中，作者报道了一种基于油包水Pickering乳液的分子识别微反应器，用于原位H2驱动的NADH再生，该体系整合了：(1) 用于氢气解离的Ru NPs；(2) 作为氢负离子介体实现NAD+选择性还原的[CpRh(bpy)H2O]2+；以及(3) 依赖NADH的马肝醇脱氢酶（HLADH）用于2-苯基丙醛的不对称还原。
具体地说，作者采用界面活性的Ru/TiO2@Py（经芘基多孔聚合物修饰的Ru/TiO2）作为H2活化位点和固体乳化剂。酶在水相中的组装以及Ru NPs/[CpRh(bpy)H2O]2+在Pickering液滴界面的组装抑制它们的相互失活。π-π相互作用辅助了[CpRh(bpy)H2O]2+在Ru/TiO2@Py上的识别，促进了活性氢物种从Ru NPs到[CpRh(bpy)H2O]2+再到NAD+，最终在2-苯基丙醛的化学-酶法不对称还原中传递至底物。因此，在该原位H2驱动的NADH再生体系中获得了2298的TON和>99%的产物ee值。
图1： 聚合物修饰的Ru/TiO2。a) 油包水型Pickering乳液液滴中定向H传递的示意图。b) Ru/TiO2@Py和Ru/TiO2@Ph与[CpRh(bpy)H2O]2+的π–π堆积相互作用示意图。c) Ru/TiO2@Py和d) Ru/TiO2@Ph的TEM和HAADF-STEM图像（比例尺：20 nm，插图为Ru纳米粒子尺寸分布）。e) Ru/TiO2@Py的HAADF-STEM图像及其相应的EDS元素面扫图。
图2：NAD+加氢性能。在Rh存在下，使用a) Ru/TiO2@Py和b) Ru/TiO2@Ph稳定的甲苯-水Pickering乳液以及c) 使用Ru/TiO2@Py的水-甲苯两相体系进行NAD+加氢的反应曲线。d) 不同催化体系的催化性能比较。反应条件：1.3 µmol Ru和/或0.19 µmol Rh，1.5 mM NAD+，2.0 mL PBS（pH=8.0），0.8 mL甲苯，37 °C，2 MPa H2。反应速率根据图2a–c和图S14动力学曲线的线性部分计算，选择性采用NAD+完全转化时的数据。
图3：π–π相互作用和H传递的表征。a) [CpRh(bpy)Cl]Cl（15.6 mg/mL）在不同浓度芘存在下的1H NMR谱图。I：0 mg·mL−1，II：6.3 mg mL-1，III：12.6 mg mL-1，IV：18.9 mg mL-1，V：25.2 mg mL-1（400 MHz，DMSO-d6）。b) DMPO溶液的EPR谱图。c) 在Ru/TiO2@Py存在下，Rh经H2处理前后的Rh 3d XPS谱图。
图4：化学-酶法还原。a) 外消旋2-苯基丙醛的化学-酶法还原动态动力学拆分（DKR）示意图。b) Rh对水相和乙酸乙酯-水Pickering乳液（以Ru/TiO2@Py稳定）中HLADH催化外消旋2-苯基丙醛DKR性能的影响。c) 使用Ru/TiO2@Py & Rh的乙酸乙酯-水Pickering乳液进行原位NADH再生，考察不同NAD+用量的性能。d) 使用不同Ru催化剂的性能。e) Ru/TiO2@Py & Rh稳定乳液用于原位NADH再生的长期反应测试。在48 h后，向反应体系中重复添加0.95 U HLADH和76 µmol 2-苯基丙醛，共5次。f) 本工作与其他文献报道的原位NAD(P)H再生效率比较（详情见表S5）。
综上，作者成功构建了一种基于油包水型Pickering乳液的仿生微反应器，通过界面π–π堆积相互作用有效解决了原位氢气驱动NADH再生与酶催化不对称还原耦合体系中的两大关键难题：化学催化剂与酶之间的相互失活以及NADH再生选择性不足。
作者设计并合成了表面修饰有芘基多孔聚合物的界面活性Ru/TiO2@Py催化剂，其作为固体乳化剂稳定乳液的同时，利用芘基团与[Cp*Rh(bpy)H2O]2+助催化剂之间的强π–π堆积作用，实现了助催化剂在油水界面的精准锚定和富集。
这种非共价组装策略不仅促进了活性氢物种从Ru纳米粒子到Rh助催化剂再到NAD+的定向高效传递，将NADH再生选择性提升至99%以上，还通过空间分隔将水相中的马肝醇脱氢酶（HLADH）与油水界面的金属催化剂有效隔离，避免了相互失活。
该微反应器成功应用于外消旋2-苯基丙醛的氢气驱动不对称还原动力学拆分，以超过2298次的NADH再生循环数和>99%的对映体过量（ee）值，创下了目前原位氢气驱动NADH再生系统的最高效率记录，充分证明了界面分子识别与空间区隔协同策略在构建高效、稳定、高选择性级联催化体系中的巨大优势。
Interfacial π-π Stacking Interaction Promotes H2-Driven Enzymatic Asymmetric Reduction. Angew. Chem. Int. Ed., 2026. https://doi.org/10.1002/anie.202523400.
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