<section style="white-space: normal; letter-spacing: 1px; line-height: normal; margin-left: 8px; margin-right: 8px;">▲第一作者：王颖，贾广日
通讯单位：吉林大学材料科学与工程学院，哈尔滨师范大学化学与化工学院论文DOI：10.1016/j.chempr.2020.10.023本文通过精确调控单原子催化剂配位数来实现单原子纳米酶的类过氧化物酶特异性。作者制备了一系列具有不同氮配位数原子级分散的钼催化剂，系统研究MoSA-Nx-C催化剂作为类过氧化物纳米酶中的配位效应对其酶学特异性的影响。筛选出MoSA-N3-C作为高效的类过氧化物纳米酶，并进一步揭示纳米酶特异性与单原子配位数的结构依赖机制。这一工作为从原子尺度合理设计和精确调控单原子纳米酶，提升纳米酶催化特异性提供了新的思路。纳米酶，作为替代天然酶的热门材料，在生物传感、免疫分析、污染物降解等领域具有广泛的应用前景。目前已报道的部分纳米酶，其活性可以与天然酶相媲美，而且具有优于天然酶稳定性和耐受性，但是其特异性仍无法满足实际应用的需要。由于异相纳米材料自身结构复杂性和不均一性的限制，如何合理设计及精确调控纳米酶的酶学特异性至关重要。基于此，本工作中，作者通过理论预测和实验验证的方式设计并合成具有不同MoSA-Nx配位数（X = 2, 3, 4）的MoSA-Nx-C单原子催化剂，从原子尺度上系统阐明不同氮配位数对钼单原子纳米酶类过氧化模拟酶特异性的影响，详细分析了单原子微观结构与纳米酶特异性之间构效关系的本质原因。A: 通过理论计算，设计一系列具有不同MoSA-Nx配位数（X = 2, 3, 4）的MoSA-Nx-C单原子催化剂，计算过氧化氢和氧气底物在不同结构模型上的吸附能差异。筛选出在MoSA-N3-C构型上，过氧化氢和氧气的吸附能差异最大，具有开发为高效专一类过氧化物酶的潜力。▲Figure 1. DFT Calculations
B：利用“主客体”模板策略，通过在不同温度下煅烧前驱体，得到不同Mo-Nx配位数的催化剂。由HAADF-STEM图像可知，三种模型催化剂均存在单原子位点。▲Figure 2. Synthetic Scheme and Characterizations of MoSA-Nx-C Catalysts
C：通过XANES与EXAFS测试证明不同配位数MoSA-Nx-C单原子催化剂中具体配位方式和钼单原子的价态。进一步的拟合分析也验证了MoSA-N2-C，MoSA-N3-C和MoSA-N4-C催化剂配位形式的准确性。▲Figure 3. Structural Characterizations of MoSA-Nx-C Catalysts
D：对不同配位数MoSA-Nx-C单原子催化剂的类过氧化物酶性能进行评价，发现其类过氧化物酶特异性与其配位数具有相关性，MoSA-N3-C单原子催化剂具有最高效专一的类过氧化物酶活性。将MoSA-N3-C催化剂于氨气氛围下处理，使Mo-N配位数得到提高，结果发现其类酶催化特异性下降，进一步验证上述观点。通过毒化和去毒化对照实验以及原位XAS测试，观察MoSA-N3-C纳米酶的类过氧化物酶催化反应过程。▲Figure 4. The Enzyme-Like Performances of MoSA-Nx-C Catalysts and the Experimental Investigation of the Catalytic Mechanism
E：作者进一步深入探究这种纳米酶特异性与单原子配位数的结构依赖机制。通过对不同配位数MoSA-Nx-C单原子催化剂几何结构、前沿分子轨道、反应路径进行系统研究，阐明不同氮配位数对钼单原子纳米酶的类过氧化模拟酶特异性的影响，主要是由于不同配位MoSA-Nx-C构型的前沿分子轨道的几何结构和取向差异导致的。▲Figure 5. The Theoretical Investigation of the Mechanism for the Coordination Number-Dependent POD-like Specificity of MoSA-Nx-C Nanozymes
F：将筛选得到的MoSA-N3-C单原子纳米酶成功应用于对过氧化氢和人体尿液样本中痕量黄嘌呤的选择性和准确性分析。▲Figure 6. The Application for the POD-like MoSA-N3-C Nanozyme
作者系统报道了一种通过精确调控单原子催化剂配位数来提升纳米酶特异性的方式，建立了不同配位数MoSA-Nx-C单原子催化剂与纳米酶特异性之间的构效关系。本工作为从原子尺度上精确调控纳米酶性质提供了新的思路。
主要研究领域为低维纳米材料物理与化学，研究内容是面向能源催化与生物传感，从原子尺度上开展低维纳米材料高效催化以及生物传感特性的设计制备和应用研究。提出创新制备方法，获得多种性能优异的低维纳米催化材料，并从原子尺度揭示材料形成机制和催化机理。成果连续发表在 Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Nano Lett.、Chem、ACS Energy Lett.、ACS Catal.、等学科顶级期刊。已发表 SCI 检索论文 145 篇，SCI 他引 4800 余次，H 因子 37。申请国家发明专利 33 项，授权 13 项。主持科技部国家重点研发计划纳米专项课题、国家自然科学基金面上项目、企业横向课题等项目 11 项，到账经费 1169 万元。获教育部“新世纪优秀人才”计划支持、吉林省“长白山学者”、长春市第六、七批有突出贡献专家，吉林省第七批拔尖创新人才第三层次，吉林省第十六批享受政府津贴专家。赵景祥，1978年出生，2009年7月获吉林大学理学博士；2015年3月至2016年3月，美国波多黎各大学国家公派访问学者，合作导师为陈中方教授；近年来一直致力于低维纳米材料结构、性质及应用的理论研究工作，目前已在J. Am. Chem. Soc.、 ACS Catal.、J. Mater. Chem. A、ACS. Appl. Mater. & Int.、J. Power Sources、Carbon、Electrochimia Acta、J. Phys. Chem. C、Phys. Chem. Chem. Phys. 等国际高水平期刊发表SCI论文60余篇；作为项目负责人，主持哈尔滨师范大学青年骨干项目1项，黑龙江省杰出青年基金1项，获黑龙江省科技厅二等奖1项。2018年荣获“龙江学者”青年学者。
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