分子自组装普遍存在于自然界中,是许多生物功能体系形成的基础。受生物组装体的启发,小分子的分级自组装为构建具有复杂结构的仿生材料提供了一种新策略。自然光合系统是实现太阳能高效转化的完美机器。如何模拟各功能单元的有效耦合,增强光能捕获和电荷分离能力,从而实现光催化活性的提升,是构建仿生光合系统的关键问题。生物酶系统是自然界实现超高催化效率的杰作,其优异的催化活性源于多肽折叠所产生的三维空间结构。但是由于其稳定性差、来源单一等问题促使了仿生酶的发展。当前仿生酶设计的主体大多为非蛋白源分子,这极大地限制了其生物应用。如何选择主体分子以最简单原则装配在三维结构中,并实现催化活性可调,是构建仿生酶系统的一大难点。本文以金属离子、氨基酸、卟啉分子等为起始原料,通过分子自组装策略构建了一系列仿生功能材料,并深入探究了其组装机理和构效关系,为理解天然系统的进化过程提供了一个新思路。以Ag+、Ti4+、三聚氰胺为构筑基元,协同分子自组装和自矿化策略,构建了g-C3N4/Ag/TiO2仿生Z型光合系统。其中Ag+通过配位效应和静电增强的氢键协同调控氮化碳前驱体分级自组装成有序的一维纳米管,阻碍了载流子聚集并提供大量的催化活性位点。与此同时,由于Ti4+高的质子反应性,可通过N-Ti键矿化在纳米管上形成Ag/TiO2反应中心,这缩短了界面载流子的传输距离,增强了电荷分离能力。这种原位形成的仿生Z型光合系统g-C3N4/Ag/TiO2较纯相g-C3N4表现出显著增强的产氢活性。首次证明了短肽调控天然血红素可用于构筑仿生酶。通过Fmoc组氨酸调控血红素分子分级自组装,实现活性分子的有序堆积。可灵活调节肽浓度控制微环境及形态结构,达到催化活性可调。与游离的血红素相比,仿生酶具有与过氧化物酶类似的催化口袋,提高了活性物种的稳定性及单电子转移能力,实现了高于天然辣根过氧化物酶的催化效率。此外,该仿生酶具有出色的葡萄糖检测灵敏度,检测限低至10μM。