自2007年，中国科学院生物物理研究所阎锡蕴研究组首先报道Fe3O4磁性纳米粒子具有类过氧化物酶活性以来，纳米酶已作为一种高活性、稳定的人工酶材料，在生物分析、纳米诊疗等方面得到广泛的应用。然而，纳米酶自身存在活性位点不明确、活性不足等缺点；相比之下，单原子纳米酶可最大限度地利用高度分散的金属原子，通过精确调控原子空间构型，从而具备多种催化选择性。
然而，以原子形式分散的金属，其表面自由能急剧增加，极易发生聚集导致活性衰减。在一些合成方法中，不得不用到强酸刻蚀的方法以除去聚集形态的金属颗粒物。这将导致金属单原子的负载量大幅降低；此外，在基底材料上用于稳定单原子的位点，往往需要精心的设计，多数情况下基底物质仅局限于纳米尺度，这也是限制单原子负载量的重要因素。
近日，东北师范大学的周明教授、吉林大学的王明教授和南京大学的魏辉教授等合作，以聚乙烯醇（PVA）双亲气凝胶作为负载金属单原子的三维基底材料，超分子配合物/杂多酸为金属前驱体，通过简单地对三维气凝胶进行浸润和退火处理，得到了基于Mo/Zn的双金属单原子纳米酶，利用该材料的类过氧化物酶活性，对细胞内的过氧化氢、人体血清中的葡萄糖、胆固醇和商用饮料中的抗坏血酸进行检测。 基于PVA的双亲气凝胶，表面含有丰富的含氧基团，可作为金属单原子的稳定位点；其狭窄的孔道结构为超分子配合物/杂多酸复合体的负载提供了空间限域效应。在分别利用超分子配合物/杂多酸溶液浸润胶体，并对胶体进行退火处理后，气凝胶本身依然维持其宏观三维结构，省去了强酸刻蚀步骤，以上特点赋予金属单原子以高负载量（Mo 7.3 wt%, Zn 1.5 wt%）。球差校正的高角环形暗场扫描透射电子显微镜图像显示出了明暗程度不同的双单原子分布。根据X-射线吸收精细结构谱图，确定了Mo/Zn的配位环境的同时，也证实了Mo/Zn双金属单原子活性中心的存在。 同时，DFT理论模拟计算也表明，在Mo/Zn双单原子的协同作用下，有效降低了羟基的扩散迁移势垒，从而有利于类过氧化物酶活性的提升。 最后，作者阐述了该双单原子纳米酶优异的稳定性：催化活性和检测能力可维持至少一年以上，且金属单原子不发生聚集。 论文信息 Guided Synthesis of a Mo/Zn Dual Single-Atom Nanozyme with Synergistic Effect and Peroxidase-like Activity Chong-Bo Ma, Yaping Xu, Lixin Wu, Quan Wang, Jia-Jia Zheng, Guoxi Ren, Xiaoyu Wang, Xingfa Gao, Ming Zhou, Ming Wang and Hui Wei Angewandte Chemie International Edition
