1、化学原理驱动的人工酶设计与光生物催化

基于蛋白选择性化学修饰和非天然氨基酸基因密码子拓展技术，将具有优异催化性能的小分子基团定点插入到蛋白骨架中，结合分子模拟对接、氨基酸定点突变、定向进化等技术，优化催化活性中心周围氨基酸残基，利用蛋白空腔反应微环境提供的共价作用/弱相互作用实现人工酶非天然生化反应的效率和选择性。

目前已知的基于蛋白改造的不对称生物催化都是基于热反应机制。一些重要的光反应过程，例如[2+2]环加成、异构化反应、6pi-电环化反应等，手性决定步骤发展在分子的活性极高的激发态，小分子催化剂简单的分子骨架和手性元素对激发态反应立体化学的调控能力较差，要获得高的对映选择性具有显著的挑战，是小分子不对称光催化的研究难点。我们致力于通过在蛋白的手性空腔中引入化学小分子光敏剂构建全新的非天然光酶活中心，通过周围的氨基酸残基调控底物反应的空间取向，将化学催化的反应多样性和生物催化的高效精准性相统一，为激发态光反应的手性调控提供新的策略。

2、仿生催化绿色合成

利用天然酶催化的关键分子机制，设计小分子催化剂和催化体系，实现生物活性分子或其它功能材料分子的高效仿生合成。目前主要集中于铜酶催化酚氧化的仿生体系设计与应用。受生命体内亚稳醌类物质反应的启发，我们发展了以酚类为前体底物的原位氧化—接力催化反应的策略，以金属氧化催化剂和空气氧、H₂O₂、TBHP等绿色终端氧化剂为组合，实现了高效的[3+2]、[4+2]、氨基化等重要反应并获得了优异的化学选择性、区域选择性和立体选择性。这一接力催化的策略有效克服了醌的有机反应中底物局限、步骤和原子经济性差等问题，拓展了其在构建多样性手性分子骨架中和合成高附加值功能分子中的应用，进一步了丰富经典醌化学的内涵。