Forskere opdager en ny klasse af enkeltatoms nanozymer

Nanozymer - katalytiske nanomaterialer med enzymlignende egenskaber - giver fordelen ved lave omkostninger, høj stabilitet, afstembar katalytisk aktivitet og let masseproduktion. Af disse grunde, de er blevet bredt anvendt i biosensing, terapi og miljøbeskyttelse.

Imidlertid, den lave tæthed af aktive steder i nanozymer er relateret til meget lavere katalytisk aktivitet end med naturlige enzymer. Ud over, deres inhomogene grundstofsammensætning og facetstruktur-afledte indviklede katalytiske mekanismer begrænser alvorligt den omfattende anvendelse af konventionelle nanozymer.

Et forskerhold ledet af prof. Dong Shaojun fra Changchun Institute of Applied Chemistry (CIAC) fra det kinesiske videnskabsakademi opdagede en ny klasse af enkeltatoms nanozymer, som integrerer state-of-the-art enkeltatomteknologi med iboende enzymlignende aktive steder.

Forskerne syntetiserede enkeltatom-nanozymer med carbon nanoframe-begrænset aksial N-koordineret FeN ₅ centre (FeN ₅ SA/CNF). Teoretiske beregninger og eksperimentelle undersøgelser viste, at den højeste oxidase-lignende aktivitet af FeN ₅ SA/CNF blev afledt af de enzymlignende aktive steder og katalytiske mekanismer.

De atomisk spredte metalcentre maksimerede atomudnyttelseseffektiviteten og tætheden af ​​de aktive steder. Den veldefinerede koordineringsstruktur gav en klar eksperimentel model for mekanismeundersøgelse.

De nuværende resultater tyder på, at enkeltatoms nanozymer overvandt de kritiske ulemper ved konventionelle nanozymer. Ud over, efterligning af de aktive steder af naturlige enzymer ser ud til at være en effektiv metode til syntese af enkeltatomede nanozymer med høj aktivitet og klar mekanisme.

Desuden, den katalytiske egenskab og mekanismen af ​​enkeltatoms nanozymer afhænger hovedsageligt af den steriske konfiguration af aktive centre, frem for størrelsen, struktur eller facet af understøtningerne. Dermed, ved at ændre de understøttede nanomaterialer, visse typer af aktive steder kan udvides til generelle anvendelser med bestemte enzymlignende mekanismer.

Studiet, udgivet i Videnskabens fremskridt , viser, at definerede enkeltatoms nanozymer giver et nyt perspektiv på den katalytiske mekanisme og rationelle design af nanozymer. De viser også et stort potentiale for at blive den næste generation af nanozymer.