难降解有机污染物因其化学结构稳定、难被生物降解、毒性大且可长时间存 在于环境中而受到广泛关注。然而，针对难降解有机污染物的现有处理技术往往 存在着处理效率低、成本高和产生有毒副产物等问题。微生物合成的纳米钯（生 物纳米钯）被认为可以安全、有效地降解这类有机污染物。但是，生物纳米钯在 粒径、分布和催化性等方面的重现性较差，这极大地限制了生物纳米钯的应用。 因此，本研究以模式菌株希瓦氏菌（Shewanella oneidensis MR-1）为研究对象， 探索了通过调节纳米钯生长的热力学和动力学调控生物纳米钯的粒径、分布和晶 面等结构特征的可行性、探讨了生物纳米钯的催化性与其结构特征之间的相关性， 并初步探究了生物纳米钯的合成路径对其分布的影响。

      通过观察在不同浓度的柠檬酸盐或氯离子的条件下合成的生物纳米钯，发现 柠檬酸盐和氯离子可以通过调控纳米钯生长的热力学改善生物纳米钯的粒径均 一性，并改变其晶面组成和催化性。在含有 1.0 mM 四氯钯酸钠、2.0 mM 甲酸钠 和 100 mg CDW（干重）/L 希瓦氏菌细胞的 50 mM 磷酸盐缓冲溶液（PBS；pH 7.0） 中，随着溶液中柠檬酸盐（2.0 mM~20.0 mM）或氯离子（10.0 mM~100.0 mM） 浓度的提高，所形成的生物纳米钯的粒径分布均从倒数分布逐渐转变为正态分布， 纳米钯的粒径均一性显著改善。纳米钯的胞外分布率从 82%（对照组）逐渐下降 至 58%（20.0 mM 柠檬酸盐）和 46%（100.0 mM 氯离子），其余的纳米钯主要分 布于细胞间质中。此外，柠檬酸盐使得纳米钯的（111）晶面的比例从 62%逐渐 提高至 78%；而氯离子则使得纳米钯的（200）晶面的比例从 29%逐渐提高至 44%， 同时（111）晶面的比例下降。柠檬酸盐可能通过特异性吸附在纳米钯的｛111｝ 晶面的表面抑制了粒径较大的生物纳米钯的过快生长，从而改善了生物纳米钯的 粒径均一性，并提高了｛111｝晶面的比例。而氯离子则是特异性地吸附在生物 纳米钯的｛100｝晶面（包括（200）晶面）上。

      生物纳米钯催化硝基苯还原、对氯苯酚脱氯和对氯苯胺脱氯的实验及反应速 率与粒径、分布和晶面比例之间的相关性分析表明，柠檬酸盐可以使生物纳米钯 的催化性略微提高（23%~61%）；这与其｛111｝晶面的比例的提高有关。而氯离子则使生物纳米钯的催化性明显下降（49%~74%）；这与其胞外分布率和（111） 晶面的比例的下降有关。生物纳米钯｛111｝晶面比｛100｝晶面表现出更高的加 氢还原的催化性可能与其更高的底物转换效率有关。

      通过观察在不同钯离子添加速率的条件下合成的生物纳米钯，发现慢速添加 钯离子可以通过调控纳米钯生长的动力学提高生物纳米钯的胞外分布率、｛111｝ 晶面的比例及其催化性。当钯离子添加速率从 100 μmol/h 下降至 25 μmol/h 时， 生物纳米钯的胞外分布率从 83%提高到 90%，纳米钯（111）晶面的比例从 66% 提高到 72%。在硝基苯还原、对氯苯酚脱氯和对氯苯胺脱氯的反应中，慢速添加 钯离子的条件下合成的生物纳米钯的催化性显著提高（97%~218%）；这主要得 益于其胞外分布率和（111）晶面的比例的提高。慢速添加钯离子使得后续进入 溶液中的钯离子可以直接还原在细胞外膜上先形成的钯核上，而不是扩散进入细 胞间质中，由此提高了生物纳米钯的胞外分布率。

      此外，慢速添加还使得钯原子 可以优先添加在表面能较高的｛100｝和｛110｝晶面上，从而使得表面能较低的 ｛111｝晶面被更多地保留下来。 此外，初步探究了生物纳米钯的合成路径对其分布的影响。在含有 250 μM 钯离子、500 μM 甲酸钠和 100 mg CDW（干重）/L 希瓦氏菌细胞的 PBS（pH 7.0） 中所形成的生物纳米钯主要位于细胞外膜上（33%）和细胞间质中（65%）。当 以 0.1%鱼藤酮特异性抑制希瓦氏菌的 NADH 脱氢酶时，97%的生物纳米钯主要 位于细胞间质中。而在氢酶的突变株（ΔhydAΔhyaB）中，生物纳米钯在细胞间 质中的分布减少至 51%，而在细胞质中的分布增多至 19%。由此推测，希瓦氏 菌将甲酸盐中的电子依次通过甲酸脱氢酶、NADH 脱氢酶、醌和细胞色素传递 给细胞外膜上吸附的钯离子并形成外膜上的纳米钯，在此过程中 NADH 脱氢酶 不可或缺；还可以通过甲酸脱氢酶和氢酶传递给细胞间质中的钯离子，促进细胞 间质中纳米钯的形成。

      本研究不仅促进了对生物纳米钯形成的成核和生长机制与合成路径机制的 认识，还为定向调控生物纳米钯的粒径、分布和晶面等特征提供了新的途径，为 更好地设计并合成生物纳米钯催化剂提供参考。