一锅化学-酶偶联反应结合了酶催化和化学催化的优势，为开发出更加高效、环保、经济的催化过程提供了重要途径。通过理性设计酶-金属复合催化剂，可在温和条件下实现高效的化学-酶级联反应。然而，传统的湿法浸渍合成方法存在反应时间长、产率低等问题，限制了酶-金属复合催化剂的工业应用。因此，开发一种快速、易放大的合成方法对于推动酶-金属复合催化剂的实际应用具有重要意义。

近日，清华大学化工系戈钧教授课题组报道了一种在微液滴中瞬时连续合成酶-金属复合催化剂的新方法，建立了微液滴中催化剂合成的传质与传热过程强化新理论，实现了酶-金属复合催化剂的大规模制备和手性胺类药物中间体高效合成。

通过喷雾干燥技术，实现了从传统湿法浸渍方法的数天到数秒的反应时间的飞跃，时空产率提高了2-5个数量级（图1）。以脂肪酶-钯复合催化剂为例，制备的Pd/CALB CLEAs具有超小的 Pd 纳米团簇和良好保留的酶结构，在手性胺的动态动力学拆分（DKR）反应中表现出卓越的活性和选择性，产率高达92%，对映体过量（ee）值大于99%，且具有良好的可重复使用性。通过理论计算和实验研究，揭示了微滴中快速合成酶-金属复合催化剂的机制，包括快速溶剂蒸发和高效热传递（图2），为优化合成过程提供了理论依据。该方法具有连续、大规模生产的潜力，为工业应用提供了基础。未来，这种喷雾干燥方法有望进一步拓展到其他催化剂体系，为高效、绿色的化工合成提供新的技术路径，推动其在制药、化学品等领域的应用。

图1. 微液滴辅助法合成酶-金属复合催化剂 (A) 制备示意图；(B-D) 脂肪酶-钯亚纳米团簇复合催化剂表征；(E-K) 微液滴中酶-金属复合催化剂合成的DPD模拟。

图2. 微液滴中酶-金属复合催化剂合成的机制研究

这项工作通过微液滴辅助法实现了酶-金属复合催化剂的超快速和大规模合成，揭示了微液滴中金属在酶上原位还原的传质与传热过程强化机制，开发了手性胺类药物中间体高效合成的应用，为酶-化学耦合催化系统的构建及其在绿色生物制造中的应用提供了新思路。

研究成果以“微液滴中酶-金属复合催化剂的超快速和规模化合成”(Ultrafast and scalable synthesis of enzyme-metal hybrid catalysts in evaporating microdroplets)为题在线发表于《科学·进展》(Science Advances)上，清华大学化工系2019级博士生乔奕达为本文第一作者。清华大学化工系戈钧教授、南昌大学食品学院黎晓阳教授为本文共同通讯作者。

研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、北京自然科学基金等项目的支持。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aea0301