从能源转换和储存到生物燃料电池，以及电燃料、商品化学品和材料的生产，都需要高效的电催化剂。在自然界中，所有的生物系统都从其所处的环境中提取能量和营养物质，并以较高的分子效率和能量效率进行与生命相关的代谢过程。氧化还原酶是一类特殊的生物催化剂，它能催化这些过程中涉及的许多反应，酶修饰电极的设计、制造和使用是一个活跃的研究领域。酶促生物电催化相对于非生物系统的潜在优势如下:1)具有较低的应用过电位，具有较高的能量效率; 2）高催化活性;3)产品选择性好;4)大大减少了对非水溶剂和贵金属的依赖。生物电催化中的主要挑战是在酶和电极表面之间建立电连通：大多数酶的活性中心埋在其表面深处，并被绝缘的蛋白质壳包围，这阻止了与电极的直接电子转移（DET）。

有鉴于此，法原子能研究中心Luca Albertin等人，设计了一种淀粉样蛋白基人造氧化还原水凝胶，用于介导[NiFeSe]氢化酶和电极之间的电子转移。

本文要点

1）从真菌蛋白HET-s的一个突变朊病毒形成域开始，合成了一个含有单一苄基甲基紫精的杂化氧化还原蛋白。这种蛋白质能够自组装成结构均一的纳米原纤维。选择DbH- [NiFeSe]是因为它在NiFe氢化酶中（TOF = 4000 s^-1）具有对H₂氧化的最高催化活性。

2）分子建模证实，氧化还原基团沿着原纤维的轴排列，并通过一条长而灵活的多肽链束缚在其核心上，该多肽链允许原纤维结合的氧化或还原的氧化还原基团之间紧密接触。

3）通过简单的pH跳变制备了能够在温和条件下将氢化酶固定在碳电极表面的氧化还原水凝胶膜。通过这种方式，制造了用于H₂电催化氧化的新型生物电极，在45°C的静态条件下，其催化电流密度高达270 µA cm^-2，过电势为0.33V。

参考文献：

Nicolas Duraffourg et al. Hybrid amyloid‐based redox hydrogel for bioelectrocatalytic H₂ oxidation. Angew., 2021.

DOI: 10.1002/anie.202101700

https://doi.org/10.1002/anie.202101700