人们每年通过酶催化技术合成的高附加值化学品超过50000吨，其中25 %的产物合成过程需要使用NAD⁺/NADH，由于NADH的价格昂贵，因此如何在不影响酶催化合成同时实现NADH的重生具有非常高的价值。电催化分解水技术能够生成质子和电子，并且能够将NAD⁺转化为NADH。但是这种电化学NADH转化反应面临巨大的困难和挑战，因为反应中容易生成NAD₂二聚体，并且使用高过电势介导分子，电催化反应的长期稳定性存在问题。

有鉴于此，英属哥伦比亚大学Curtis P. Berlinguette等报道通过生物催化功能的Pd膜进行电催化，从NAD⁺电化学重生NADH，实现了NADH的酶催化。

本文要点

（1）

这个膜反应器能够通过氢选择性透过Pd膜，将NAD⁺和负氢反应生成NADH，而且这种方法能够将电催化与酶催化分离，能够避免自由基诱导产生NAD⁺降解，从而能够在优化的反应条件发生酶催化反应。

（2）

这个酶-电催化体系由电化学反应体系和酶反应体系组成，其中Pd膜将酶催化和电催化体系分离，Pd膜起到的功能有三种：作为电化学3电极体系的负极；氢选择性透过膜；催化重生NADH。电催化生成的H₂穿透Pd膜，随后和NAD⁺反应生成NADH，研究发现通过H^-转移的方式直接生成NADH，这个机理过程与以往报道电化学反应体系通过两步电子转移过程的机理不同。而且该反应体系在较低的过电势（0.3 V），因此得以避免生成NAD₂二聚体。

该体系具有的优势能够在合适pH区间进行酶催化反应，比如：醛的氢化；酮的氢化；还原氨化。这项研究结果有助于发展低废物的酶催化体系。

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Aiko Kurimoto, Seyed A. Nasseri, Camden Hunt, Mike Rooney, David J. Dvorak, Natalie E. LeSage, Ryan P. Jansonius, Stephen G. Withers & Curtis P. Berlinguette, Bioelectrocatalysis with a palladium membrane reactor. Nat Commun 14, 1814 (2023). 

DOI: 10.1038/s41467-023-37257-7

https://www.nature.com/articles/s41467-023-37257-7