纳米催化剂因其高比表面积、量子尺寸效应和表面可调控性，在催化加氢、氧化还原、C-C键偶联等反应中展现出传统催化剂无法比拟的优势。其中，以聚酰胺-胺（PAMAM）树枝状大分子为模板、聚乙二醇（PEG）修饰、金纳米颗粒（Au NPs）为活性中心的PEG-PAMAM-Au复合催化剂，凭借其良好的生物相容性、可回收性和催化效率，成为药物合成、环境治理和能源转化领域的热点。

一、分子设计：结构-性能关系的准确调控

1.1 PAMAM树枝状大分子的代数选择

PAMAM的代数（G0-G10）直接影响其表面官能团密度、分子空腔体积和分支链长度。例如，G5 PAMAM（分子量约28 kDa）表面拥有128个氨基，可负载更多Au NPs；而低代数（如G2）因分支链较短，更适用于需要快速扩散的反应体系。

1.2 PEG修饰策略：平衡活性与稳定性

PEG的引入可提升催化剂的生物相容性和抗团聚能力。通过控制PEG链长度（如PEG2000 vs. PEG5000）和末端基团（如-NH₂、-COOH、-SH），可实现以下功能：

空间位阻调控：长链PEG（如PEG5000）通过立体屏蔽效应减少Au NPs团聚，但可能降低底物接触效率；短链PEG（如PEG2000）则兼顾稳定性与活性。

靶向修饰：在PEG末端引入叶酸（FA）、RGD肽等靶向分子，可使催化剂定向富集于特定部位，提升局部催化效率。

刺激响应性：采用pH/ROS敏感型PEG链（如聚丙烯酸-PEG共聚物），可实现特定环境触发释放，避免正常组织损伤。

1.3 Au NPs的尺寸与形貌控制

Au NPs的催化活性高度依赖其尺寸和形貌。通过调节还原剂（如NaBH₄、柠檬酸钠）浓度和反应温度，可获得粒径球形Au NPs。

二、合成工艺：从实验室到中试的关键突破

2.1 逐步聚合法合成PAMAM

PAMAM的合成采用“迈克尔加成-酰胺化”循环反应：以乙二胺为核心，通过交替加入丙烯酸甲酯和乙二胺，逐步构建树枝状结构。关键控制点包括：

反应纯度：每步反应后需通过透析或超滤去除未反应单体，避免分支缺陷。

代数准确性：采用核磁共振（NMR）监测氨基/酯基信号比，确保代数一致性。

2.2 PEG化修饰：点击化学与酰胺键合

PEG与PAMAM的连接方式直接影响复合物稳定性。常用方法包括：

酰胺键合：通过EDC/NHS活化PEG的羧基，与PAMAM表面氨基反应，形成稳定酰胺键。此方法适用于长链PEG（如PEG5000），但需严格控制pH（7.0-7.4）以避免副反应。

点击化学：在PAMAM末端引入叠氮基团（-N₃），与PEG的炔基（-C≡CH）通过铜催化点击反应连接。该方法反应条件温和（室温、水相），且产率高（>90%），但需去除铜催化剂残留。

2.3 Au NPs负载：模板法与原位还原

模板法：将PAMAM-PEG复合物分散于金盐溶液（如HAuCl₄），通过静电吸附使Au³⁺富集于PAMAM空腔，随后加入NaBH₄还原为Au NPs。此方法可准确控制Au NPs粒径（±0.5 nm），但需优化金盐浓度以避免过度聚集。

原位还原：在PAMAM-PEG溶液中直接加入HAuCl₄和NaBH₄，利用PAMAM的还原性生成Au NPs。此方法操作简单，但粒径分布较宽（2-8 nm），需通过超速离心或尺寸排阻色谱纯化。

三、性能优化：从催化效率到循环稳定性

3.1 催化活性提升策略

双金属协同：引入Pd、Pt等贵金属形成Au-Pd合金，可增强催化活性。

表面等离子体共振（SPR）效应：通过调控Au NPs形貌（如纳米棒），利用其SPR效应增强光催化活性。

3.2 循环稳定性增强

载体功能化：在PAMAM表面引入硫醇（-SH）或二硫键（-S-S-），可增强Au NPs与载体的结合力。

磁性分离：将Fe₃O₄纳米颗粒引入PAMAM-PEG复合物，通过外部磁场实现快速分离。

PEG-PAMAM-Au纳米催化剂的定制化工艺需兼顾分子设计、合成控制、性能优化和工业放大。通过准确调控PAMAM代数、PEG修饰策略和Au NPs形貌，结合连续流合成技术和成本优化方案，可实现从实验室研究到工业应用的无缝转化。