青科大朱之灵/陈德宏等综述：生态纳米酶学—连接能源、环境与生态的新型催化范式

Eco-nanozymology: a catalytic paradigm integrating energy, environment, and ecology

Limin Shang, Ziqi Zhang, Hongyu Lin, Zichang Wang, Dehong Chen*, Zhiling Zhu*

Nano-Micro Letters (2026)18: 416

https://doi.org/10.1007/s40820-026-02269-7

本文亮点

1. 新概念提出：系统提出“生态纳米酶学”(Eco-nanozymology)概念，将纳米酶研究从单一类酶催化拓展至能源转化、环境修复和生态物质循环相关过程。

2. 跨尺度研究框架：从界面微结构、电子分布、活性位点构型、多酶级联和载体工程等角度，阐明生态纳米酶调控复杂体系催化过程的基本逻辑。

3. 应用全景总结：系统梳理生态纳米酶在人工固氮、碳固定、甲烷氧化、产氢、能源器件、污染物降解、微塑料治理和生物质资源化中的研究进展。

4. 面向可持续发展：围绕环境适应性、多尺度理论计算、系统集成、生态安全和生命周期评价，提出生态纳米酶未来发展的关键方向。

研究背景

近年来，纳米酶(nanozyme)因兼具天然酶的催化特性与纳米材料的结构稳定性，在生物检测、疾病治疗、环境修复和能源转化等领域受到广泛关注。与天然酶相比，纳米酶具有稳定性高、结构可调、环境适应性强和易于规模化制备等优势，为复杂体系中的人工催化提供了新的材料基础。然而，随着研究规模不断扩大，纳米酶领域也逐渐呈现出研究方向分散、应用场景割裂的问题。当前，大量研究仍主要围绕特定类酶活性、单一反应体系或具体应用场景展开，例如疾病诊疗、传感分析、污染物去除和能源器件等。相比之下，纳米酶在能源转换、环境修复与生态过程之间的内在联系尚未得到系统梳理。尤其是固氮、固碳、甲烷氧化、产氢、废弃物转化和碳循环等过程，本质上并非孤立的催化反应，而是同时涉及物质循环、能量流动和生态调控的复杂系统。因此，纳米酶研究面临的关键问题已不再只是“如何提高某一种类酶活性”，而是如何突破天然酶稳定性不足与传统纳米催化选择性有限之间的矛盾，如何将材料结构设计、催化机制解析、能源转换、污染治理和生态循环纳入统一框架。基于此，系统总结纳米酶在能源、环境与生态交叉场景中的研究进展，厘清其催化机制、应用边界与未来挑战，对于推动纳米酶从“类酶材料”走向“可持续系统催化平台”具有重要意义。

内容简介

针对传统纳米酶研究主要聚焦单一反应活性、缺乏复杂生态过程系统框架的问题，青岛科技大学朱之灵/陈德宏等人从“能源—环境—生态”交叉视角出发，系统梳理了生态纳米酶学的概念内涵、理论基础、应用场景和未来方向。文章指出，生态纳米酶并非只是天然酶的简单替代物，而是能够通过界面结构调控、电子结构优化、活性位点工程、多酶级联和载体功能化等方式，参与能源转化、污染物降解和生态物质循环相关过程的人工催化平台。在能源转化领域，生态纳米酶可模拟氮化酶、氢化酶、甲烷单加氧酶和氧化还原酶等天然酶功能，用于人工固氮、碳固定、甲烷氧化、氢气产生以及能源器件性能提升。在环境修复领域，生态纳米酶可通过氧化、水解、自由基调控和界面吸附等方式，实现有机污染物、有机磷农药、微塑料和低值生物质的降解与资源化转化。

更重要的是，文章进一步讨论了生态纳米酶未来发展中需要关注的关键问题，包括催化类型拓展、复杂环境适应性、多尺度理论计算、系统集成应用以及生态安全与可持续评价。这一综述为生态纳米酶的理性设计和可持续应用提供了系统参考。

图文导读

I 从天然酶到纳米酶：能源转换、环境修复与生态循环中的催化演进

图1系统梳理了酶从天然分子催化器到纳米酶平台的发展脉络。首先，酶作为与生命起源几乎同步出现的分子催化单元，长期参与地球能量流动、物质循环和生态调控。随后，人类对酶的认识从概念提出、酶动力学建立、酶制剂工业化，逐渐拓展到能源转换、环境修复和碳循环等领域。在能源方向，酶催化经历了从酶燃料电池、生物乙醇、生物柴油到多酶级联和人工酶体系的发展过程；在环境方向，酶被用于农药降解、酚类污染物去除、工业废水处理和有机废弃物转化；在生态层面，RuBisCO、纤维素酶、木质素酶、过氧化物酶和甲烷单加氧酶等关键酶参与碳固定、碳矿化和甲烷氧化等过程。然而，天然酶在真实应用中仍受到稳定性差、易失活、底物适用范围有限、成本较高和电子传输效率不足等问题限制。图1由此进一步引出纳米酶的发展意义：纳米酶兼具类酶催化功能和纳米材料的结构稳定性，可通过材料组成、界面结构、电子传输和微环境调控突破天然酶瓶颈，为能源转换、环境治理和生态过程调控提供新的催化平台。

图1. 酶在能源转化与环境修复中的发展历程。

II 2015-2025年生态纳米酶相关研究的发展趋势、地域分布、材料类型和研究热点

图2系统展示了生态纳米酶学的研究趋势与应用图谱。2015–2025 年间，纳米酶在能源转换和环境修复方向的论文数量与引用次数持续增长，中国贡献了超过49%的相关研究，显示出该领域的快速发展和高度活跃。材料体系方面，生态纳米酶正从传统金属氧化物、碳基材料等逐渐拓展到单原子催化剂和自组装纳米材料，体现出结构精细化和功能可编程化的发展趋势。关键词共现和应用映射表明，能源方向主要围绕类氧化还原酶活性展开，服务于固氮、固碳、甲烷氧化、产氢和电化学过程；环境方向则重点关注有机磷农药等污染物降解，并体现出类水解酶与类氧化还原酶之间的功能分化和协同作用。综上，图2明确了生态纳米酶学的研究范围、功能特征和未来发展方向。

图2. 生态纳米酶在能源转化和环境修复中的研究进展。

III 生态纳米酶在能源转换与环境修复中的代表性应用场景

图3展示了生态纳米酶在能源转换与环境修复中的代表性应用。在能源方向，纳米酶可模拟固氮酶、光合作用相关酶、氢化酶、甲烷单加氧酶以及多种氧化还原酶活性，参与固氮、固碳、产氢、甲烷氧化和能源器件反应过程，从而提升能源捕获、转化和存储效率。在环境方向，纳米酶可通过类水解酶、类过氧化物酶、类脂肪酶、类磷酸酶和类漆酶等催化功能，实现微塑料、有机污染物、有机磷农药和农业废弃物的降解与资源化利用。该图说明，生态纳米酶学的核心价值在于将类酶催化功能拓展到能源流动、污染控制和生态物质循环等系统过程之中。

图3. 生态纳米酶在环境修复和能源转化中的研究进展。

IV 生态纳米酶介导氮循环：人工固氮与共生固氮

在固氮过程方面，生态纳米酶主要通过模拟天然固氮酶的电子调控功能，促进N₂吸附、活化与还原转化。例如，Xie等构建的PMo₁₀V₂@MIL-88A复合光催化平台，利用富氧POM单元调节MOF金属节点电子结构，并模拟天然固氮酶的π反馈作用，从而提高光生载流子分离效率和NH₃生成速率。除人工固氮外，纳米酶还可用于增强生物共生固氮。由于天然固氮酶对氧和活性氧高度敏感，过量ROS会导致其失活。CoFe₂O₄、CeOₓ/Mn₃O₄和Ag₂Se@PANi等抗氧化纳米酶可通过清除ROS、改善电子传递和调控宿主-微生物界面，保护固氮酶活性并提升固氮效率。总体来看，纳米酶介导的固氮研究已从单一抗氧化保护逐步拓展到电子转移调控、代谢优化和界面工程。未来仍需进一步提升其长期稳定性、环境适应性和生态安全性，以推动固氮过程向高效、可持续方向发展。

图4. 生态纳米酶介导的人工固氮与共生固氮。

V 生态纳米酶介导碳固定：从自然光合作用到人工碳转化

受天然光合作用中光捕获复合体、酶活性中心和辅因子协同作用的启发，Xiong等构建了Cu₆-Cotpy人工光合体系。其中，Cu₆纳米团簇作为光吸收单元，钴联吡啶配合物作为类酶催化中心，可在光生电子驱动下依次促进CO₂吸附、*COOH中间体形成、质子-电子耦合转移以及CO脱附，从而实现CO₂到CO的高效转化。该体系还通过光/暗反应解耦模拟昼夜循环，提升了光催化CO₂转化过程的稳定性和能量利用效率。除单碳产物转化外，生态纳米酶相关策略也逐渐拓展至多碳产物生成和植物体内碳流重编程。例如，基于dPCN-224(H) MOF的光催化体系利用卟啉活性中心和ROS介导过程，实现了CO₂向乙醇的高效转化，并展现出与直接空气捕集技术耦合的潜力。另一方面，Lu等在拟南芥中构建McG人工固碳循环，将RuBisCO羧化和氧化产物进一步导向乙酰辅酶A生成，从而增强脂质合成、光系统II量子效率、生物量积累和种子产量，体现了人工固碳循环调控植物碳代谢的应用潜力。因此，生态纳米酶介导的固碳研究正由单一CO₂还原反应向人工光合系统构建、多碳产物合成和生物体内碳代谢重塑拓展。未来仍需重点解决复杂环境下CO₂活化效率不足、产物选择性有限、电子转移路径不稳定以及长期运行性能欠佳等问题。通过进一步优化光吸收、界面电荷分离、催化活性中心和碳代谢通路，有望推动人工固碳体系向高效、稳定和可持续应用方向发展。

图5. 生态纳米酶介导的碳固定。

VI 生态纳米酶在甲烷选择性氧化中的应用

在甲烷氧化方面，生态纳米酶主要通过模拟天然甲烷单加氧酶(MMO)的活性中心和微环境，实现温和条件下甲烷C-H键的选择性活化。由于甲烷C-H键键能高、反应惰性强，其直接转化为甲醇长期以来是能源催化领域的重要挑战。天然MMO能够在常温常压下高效催化甲烷氧化，因此为人工纳米酶设计提供了重要仿生模型。相关研究主要围绕铜基和铁基活性中心展开。例如，pMMO中的三铜簇位点可活化O₂并生成活性氧物种，从而选择性促进甲烷向甲醇转化。受此启发，研究者构建了pMMO-Au纳米生物杂化体系，通过恢复界面电子传递并降低 ROS 对酶的损伤，提高了pMMO的催化活性和稳定性。进一步地，仿生Cu催化体系可利用Cu-O自由基中间体实现高选择性C(sp3)-H氧化，为复杂分子的后期C-H功能化提供了新路径。针对甲烷C-H键难以活化的问题，研究者还通过构建疏水二级配位环境、调控金属-氧活性物种和优化局部电子结构来降低反应能垒。Cu单原子纳米酶则通过特定配位结构降低C-H断裂能垒，并抑制过氧化甲基中间体回扩散，从而实现高活性和近乎完全的产物选择性。除热催化仿生体系外，光催化纳米酶也为甲烷氧化提供了新的调控方式。通过调节Pt/CdS中光生载流子的时空迁移，可模拟MMO的有序两步催化过程，实现羟基自由基生成与甲烷脱氢过程的空间解耦，从而抑制甲醇过氧化，提高甲烷到甲醇的选择性。总的来说，生态纳米酶介导的甲烷氧化研究已经从简单模拟活性中心，逐渐发展到电子转移恢复、疏水微环境构建、单原子位点调控和光生电荷时空分离等多维设计。未来仍需进一步提升催化活性、底物富集能力、长期稳定性和复杂体系适应性，以实现温和、高效且可持续的甲烷选择性转化。

图6. 生态纳米酶介导的甲烷选择性氧化。

VII 生态纳米酶赋能能源器件

在能源转换器件方面，生态纳米酶主要通过仿生调控活性中心、界面微环境和电子/质子传输路径，提升电化学反应动力学和器件稳定性。与天然酶相比，纳米酶具有更高的结构稳定性和环境适应性，可在复杂电解液、宽pH和不同温度条件下保持催化活性。通过单原子、金属团簇、MOF/COF及复合纳米结构的多尺度设计，纳米酶能够在分子活性位点与器件界面之间建立高效的能量和物质传输通道，为Li-O₂电池、Li-S电池、Zn-air电池和生物燃料电池提供新的仿生催化策略。在Li-O₂电池中，纳米酶主要通过调控ORR/OER过程、稳定LiO₂或O₂•⁻ 等关键中间体、促进Li₂O₂的可逆生成与分解来提升放电容量和循环寿命。例如，SOD启发的氧化活性碳、Cu(I)配合物以及卟啉基MOF纳米酶，可通过自由基清除、超氧中间体穿梭和双功能催化作用，抑制副反应并改善电池可逆性。在Li-S电池中，纳米酶则聚焦于加速硫氧化还原反应、促进LiPSs吸附转化和Li₂S成核/分解，从而缓解穿梭效应并提升高硫载量和贫电解液条件下的反应效率。β-CD@CoPC、肽类酶启发催化剂、Fe-TCPP@Cu-BTC以及CoB1N₃微反应器等体系，分别通过疏水空腔限域、多位点协同吸附、Cu/Fe双金属仿生活性中心和模块化传输网络，实现对硫转化路径的高效调控。在Zn-air电池中，单原子和碳基纳米酶通过模拟天然氧化还原酶的金属活性中心，优化ORR/OER中间体吸附与电子/质子传输，降低反应过电位并提高功率密度。例如，FePc-COF仿生通道和CuN₅辅助Fe-N₅单原子纳米酶均可有效提升氧还原活性和锌空气电池输出性能。在生物燃料电池中，纳米酶可替代或协同天然酶，提升燃料氧化、氧还原和电子传递效率。FeN₅、Rh单原子纳米酶以及尿酸氧化仿生纳米酶分别面向葡萄糖、尿酸等生物燃料体系，提高功率密度和底物选择性。结合柔性水凝胶电解质和导电碳基电极后，生物燃料电池还可实现弯折、拉伸和串并联输出，展现出在可穿戴电子、自供能传感和植入式器件中的应用潜力。因此，生态纳米酶在能源转换器件中的核心价值在于将天然酶的高效催化逻辑与纳米材料的稳定结构、可调电子态和可工程化界面相结合，实现对复杂电化学过程的多尺度调控。未来仍需进一步解决活性中心精准构筑、长期稳定性、底物选择性、界面兼容性和规模化制备等问题，并结合多金属协同、异质结构设计和机器学习优化，推动纳米酶能源器件向高效、稳定和实际应用发展。

图7. 生态纳米酶介导的锂硫电池。

图8. 生态纳米酶介导的生物燃料电池。

VIII 生态纳米酶介导生物质资源化

在生物质废弃物资源化方面，生态纳米酶主要通过模拟天然漆酶、过氧化物酶和氧化酶等催化功能，实现木质素及木质纤维素的温和解聚、选择性转化和腐殖质形成。木质素作为生物质中最丰富的芳香族聚合物，具有高度交联和结构惰性，传统解聚过程往往条件苛刻、选择性有限。纳米酶凭借稳定的金属活性中心、可调控的电子结构和多价氧化能力，为木质素高值化利用提供了新的仿生催化路径。代表性研究包括 Cu/GMP-MOFzyme、Fe-N/O/Cl-C单原子纳米酶、Pd@Ce-PZDC双功能纳米酶以及 CotA+λ-MnO₂级联体系等。这些体系分别通过模拟多铜漆酶活性口袋、构建多暴露单原子位点、耦合类漆酶/类过氧化物酶功能以及引入天然酶—纳米酶级联催化，实现β-O-4键、芳香结构和木质素大分子网络的高效断裂与转化。进一步地，低温适应型 MnOₓ 纳米酶和自旋态调控的二维Cu-MOF纳米酶表明，晶相、价态和自旋结构调控能够显著影响类漆酶活性，为低温温和氧化和木质素高值化提供了新的设计思路。在农业废弃物堆肥和腐殖质形成方面，纳米酶可与微生物协同促进木质纤维素降解、小分子腐殖质前体生成及其进一步聚合。MnO₂纳米酶与ZY-2的复合体系可通过氧空位促进腐殖酸形成，并调控微生物群落以降低温室气体排放；FeS2/Pal复合材料则通过类谷胱甘肽氧化酶和类过氧化物酶活性，加速木质纤维素解聚和腐殖质小分子聚合。与此同时，天然漆酶的纳米封装策略也可提高其在堆肥环境中的稳定性和持续催化能力。

总体来看，生态纳米酶在生物质资源化中的价值不仅在于替代天然酶，更在于通过金属中心调控、电子转移优化、多酶级联和表面功能化，实现木质素降解、农业废弃物转化、腐殖质形成和土壤碳固定的协同提升。未来仍需解决活性位点密度不足、底物选择性有限、复杂环境下长期稳定性、催化剂回收利用和规模化成本等问题。面向“双碳”目标和循环生物经济，构建低成本、可回收、可放大的多功能纳米酶体系，将是推动农业废弃物高值化和生态碳汇增强的重要方向。

图9. 生态纳米酶介导的木质素降解与资源化利用。

IX 生态纳米酶介导的有机污染物修复：从活性位点调控到复杂水体应用

在有机污染物修复方面，生态纳米酶主要通过模拟氧化酶、水解酶、漆酶和过氧化物酶等催化功能，实现抗生素、邻苯二甲酸酯和多环芳烃等难降解污染物的高效转化。此类污染物通常具有环境持久性、生物累积性和较高生态风险，而传统物化处理方法存在选择性不足、能耗较高和复杂水体中效率受限等问题。纳米酶凭借可调控的活性位点、稳定的结构和可工程化界面，为水环境污染治理提供了新的仿生催化策略。对于抗生素污染物，研究重点集中在电子结构调控、氧空位工程和单原子配位环境设计。例如，N掺杂BiFeO3纳米酶可提高Fe-N活性中心电子密度并优化能带结构，从而增强光辅助类过氧化物酶活性和 ROS 生成能力，实现染料和多种抗生素的高效降解。CoNi-MOF通过等离子体诱导氧空位调控，可增强类漆酶活性和O₂活化能力。FeSA-N₃单原子纳米酶则通过优化Fe-N配位结构降低•OH生成自由能，并在陶瓷膜体系中实现连续、稳定的头孢类抗生素去除，体现了纳米酶与水处理膜技术耦合的应用潜力。对于邻苯二甲酸酯类污染物，纳米酶主要通过水解活性位点构筑、自由基氧化和多酶级联催化实现降解。锌离子诱导组氨酸富集肽自组装形成的生物纳米酶，可构建类水解酶活性位点并降解 DEHP 等典型塑化剂。PtCo纳米酶与天然漆酶共固定于树枝状介孔二氧化硅后，可通过•OH和O₂•⁻协同氧化实现PAE高效去除，并在多次循环后保持较高催化活性，说明天然酶-纳米酶复合体系有助于提升实际水处理过程中的稳定性和可重复使用性。对于多环芳烃等高稳定性有机污染物，纳米酶或酶固定化体系可通过分子识别、氧化开环和协同降解提高处理效率。相比单纯微生物降解过程反应速率慢、可控性差的问题，β-环糊精和蒙脱土改性的纤维素水凝胶可同时实现疏水污染物捕获、载体力学增强和漆酶稳定固定。该体系通过氢键作用增强漆酶稳定性，并可用于真实废水中PAHs、抗生素和PFAS等污染物去除，展示了可编程酶固定化平台在复杂水环境修复中的应用前景。

生态纳米酶在有机污染物治理中的核心优势在于通过电子结构调控、氧空位工程、单原子位点设计和复合载体构筑，实现催化效率、选择性、稳定性和可回收性的协同提升。未来仍需解决底物适应范围有限、真实水体中活性衰减、长期循环稳定性不足、规模化制备成本较高和生态安全性评价不充分等问题。发展低成本、可回收、环境适应性强的复合纳米酶体系，将是推动有机污染物高效、可持续水处理应用的关键方向。

图10. 生态纳米酶介导的有机污染物修复。

X 生态纳米酶介导的有机磷与微塑料修复：从选择性键断裂到低碳资源化转化

在有机磷污染物(OPs)修复方面，生态纳米酶主要通过模拟天然磷酸酯酶的金属活性中心，实现P-O键的选择性水解，从而将高毒性有机磷分子转化为相对无害的磷酸盐物种。由于OPs的毒性主要来源于分子中的磷酸酯结构，构建高效P-O键活化与断裂体系是其绿色治理的核心。代表性研究包括Mn-uNF/Si、UiO-66-APT、卤素配体调控Zr-MOF、UiO-66(Ce)/PVDF膜体系以及Eu@Ce/UiO-67等。Mn-uNF/Si通过Lewis–Brønsted酸碱双催化协同作用，实现有机磷分子的高效脱磷酸化；适配体修饰Zr-MOF则利用分子识别提高底物在活性位点附近的局部浓度，从而增强对有机磷模型污染物对氧磷的选择性水解；Ce-MOF膜体系进一步将纳米酶催化与膜分离结合，通过Ce(III)/Ce(IV)-OH双位点级联机制实现真实水体中 OPs的连续去除。总体来看，缺陷工程、异原子掺杂、配体调控和膜固定化是提升有机磷降解效率、选择性和可回收性的关键策略。在微塑料治理方面，生态纳米酶主要通过模拟水解酶、氧化酶和过氧化物酶功能，或通过表面工程诱导活性物种生成，实现聚合物链中C-C键和相关官能团键的断裂。与天然酶相比，纳米酶具有更高的稳定性、可回收性和环境适应性，能够在复杂环境中促进微塑料氧化裂解、深度矿化或资源化转化。例如，亲水暴露的Fe₃O₄纳米酶可通过表面氢键吸附多种微塑料，并依托类过氧化物酶活性实现高效降解，同时具备磁回收优势。Cu单原子石墨相氮化碳纳米酶可将聚苯乙烯高效矿化为CO₂、水和短链羧酸，降低二次污染风险。受天然漆酶启发构建的G/Cu/GDY三维仿生纳米酶，则通过多铜簇活性中心和d-π轨道杂化促进O₂活化和ROS生成，实现LDPE的快速氧化、链段断裂和分子量降低。此外，Fe₃O₄@SiO₂@CP等功能化磁性材料还可结合类漆酶活性与机器学习，实现微/纳塑料的捕获、识别和检测；Fe₃O₄纳米酶介导的温和氧化体系则可将聚乙烯部分转化为低毒、高值小分子产物，体现出微塑料低碳资源化利用的潜力。

生态纳米酶在OPs和微塑料治理中的核心价值在于，通过金属活性中心调控、缺陷工程、单原子位点设计、界面催化和复合载体构筑，实现污染物的定向识别、键选择性断裂和可持续转化。未来仍需重点解决复杂水体中活性衰减、底物适应范围有限、长期循环稳定性不足、生态安全性评价不充分以及规模化成本较高等问题。发展低能耗、可回收、广谱适用且环境安全的纳米酶体系，将是推动有机磷污染物和微塑料绿色修复走向实际应用的关键。

图11. 生态纳米酶介导的有机磷污染物与微塑料降解。

XI 未来展望：走向可设计、可预测、可评估的生态纳米酶

生态纳米酶学作为融合纳米科学、酶学与生态学的新兴交叉范式，正在为能源转换、环境修复和生物地球化学循环提供新的研究框架。其核心在于利用纳米酶的类酶催化活性、结构可设计性和环境适应性，调控碳、氮、氢等关键元素循环过程，并服务于人工固氮、固碳、甲烷氧化、产氢、二次电池和生物燃料电池等能源体系。在环境修复方面，生态纳米酶可实现木质素、农业残余物、畜禽粪便、微塑料以及难降解有机污染物的高效降解与资源化转化。与传统催化体系相比，生态纳米酶能够在温和条件下提升反应速率、底物选择性和催化稳定性，推动污染治理由“末端去除”向“绿色转化—资源循环—生态修复”转变。由此，生态纳米酶学为应对能源短缺、环境污染和气候变化等全球性挑战提供了新的材料策略和催化理论基础。

面向未来，生态纳米酶学的发展仍需围绕五个方向持续推进：拓展类酶催化类型与材料体系，提升复杂环境中的适应性，构建多尺度理论计算框架，推动真实场景下的系统集成应用，并建立生态安全性与可持续性评价体系。特别是在高盐、高温、复杂水体、土壤和生物体系中，如何保持纳米酶的长期稳定性、催化选择性和生态兼容性，将是决定其实际应用价值的关键。进一步来看，人工智能驱动设计、多尺度模拟、高通量合成和微环境调控等新技术，有望实现纳米酶活性、选择性和稳定性的精准优化。同时，生命周期评价和碳足迹分析可用于量化材料制备、使用和回收过程中的环境影响，为低碳合成、绿色制造和资源循环利用提供依据。未来还需建立涵盖生态风险评估、绿色制备标准和长期环境监测的监管框架，以保障生态纳米酶在实际应用中的安全性和可持续性。

生态纳米酶学不仅是纳米酶研究向能源、环境和生态领域延伸的结果，更代表了一种从“单一类酶活性评价”走向“能源—环境—生态系统协同调控”的新范式。随着材料设计、理论计算、人工智能和生态安全评价的深度融合，生态纳米酶有望成为支撑绿色能源转化、环境污染治理和碳中和目标实现的重要催化平台。

图12. 生态纳米酶学未来发展方向。

XII 总结

生态纳米酶学的提出，标志着纳米酶研究正从“模拟天然酶活性”迈向“调控能源、环境与生态过程”的新阶段。该综述围绕能源转化、环境修复、生物质资源化和生态安全评价等方向，系统构建了生态纳米酶学的研究框架，为理解纳米酶在复杂体系中的催化功能提供了新的视角。总体来看，生态纳米酶学不仅拓展了纳米酶研究的应用边界，也体现了该领域由单一类酶催化向复杂系统调控发展的重要趋势。未来，随着单原子催化、界面微环境调控、多尺度理论计算、机器学习辅助设计和生态安全评价体系的不断完善，生态纳米酶有望在绿色能源、污染治理、生物质资源化、农业生态修复和碳中和技术中展现更大的应用潜力。

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Nano-Micro Letters《纳微快报(英文)》是上海交通大学主办、在Springer Nature开放获取(open-access)出版的学术期刊，主要报道纳米/微米尺度相关的高水平文章(research article, review, communication, perspective, highlight, etc.)，包括微纳米材料与结构的合成、表征、性能及其在能源、催化、环境、传感、人工智能、电磁波吸收与屏蔽、健康监测、生物医药等领域的应用研究及高水平综述。期刊已被SCI、EI、PubMed、SCOPUS等数据库收录，2025 JCR IF=38.5，学科排名Q1区前1.5%。多次荣获“中国最具国际影响力学术期刊”、“中国高校杰出科技期刊”、“上海市精品科技期刊”等荣誉，2021年荣获“中国出版政府奖期刊奖提名奖”。欢迎关注和投稿。

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