單原子位點催化劑（single-atom sites catalysts）的催化活性和選擇性很大程度上取決于載體結(jié)構(gòu)和中心金屬配位環(huán)境。然而，進(jìn)一步優(yōu)化電子結(jié)構(gòu)以提高催化性能通常受到載體與金屬原子之間強(qiáng)配位效應(yīng)的阻礙。基于此，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳宇恩教授和周煌博士、南京師范大學(xué)李亞飛教授（共同通訊作者）等人報道了通過調(diào)節(jié)Fe自旋態(tài)可在固定的配位單原子Fe位點增強(qiáng)酶模擬催化性能。
通過X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)、57Fe M?ssbauer光譜和與溫度相關(guān)的磁化測量表明，改變熱解溫度可以很好地控制Fe在單個Fe-N4位點的自旋態(tài)。與高自旋結(jié)構(gòu)（t2g3 eg2）相比，中自旋Fe位點催化劑（t2g4 eg1）表現(xiàn)出更高的過氧化物酶模擬活性。更重要的是，基于酶的系統(tǒng)實現(xiàn)了比色傳感器對H2O2和葡萄糖的靈敏檢測，具有高催化活性和選擇性。
此外，密度泛函理論（DFT）計算證實，中間自旋Fe-N4促進(jìn)了OH*解吸過程，從而大大降低了反應(yīng)能壘。這些發(fā)現(xiàn)提供了一種設(shè)計高活性仿酶催化劑的途徑，以及一種調(diào)節(jié)金屬位點自旋態(tài)來增強(qiáng)其催化性能的工程方法。
Precise Regulation of Iron Spin States in Single Fe-N4 Sites for Efficient Peroxidase-Mimicking Catalysis. Small, 2022, DOI: 10.1002/smll.202204015.
https://doi.org/10.1002/smll.202204015.
