HCP-to-FCC Phase Transformation of Ruthenium Nanocrystals Selectively Activate Hydrogen Peroxide for Boosting Peroxidase-like Activity

纳米晶 催化作用 过氧化氢 材料科学 过氧化物酶 化学工程 纳米材料 纳米技术 光化学 无机化学 组合化学 化学 有机化学 工程类
作者
Xilin Ding,Jin Liu,Hongxiang Chen,Yu Zhou,Chengzhou Zhu,Hongye Yan
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (2): 2615-2623 被引量:15
标识
DOI:10.1021/acsnano.4c14346
摘要

Due to the simultaneous activation of hydrogen peroxide (H2O2) and oxygen, Ru nanocrystals exhibit inherent peroxidase- and oxidase-like activities, thereby limiting their extensive application in biosensing. Phase engineering of Ru nanocrystals holds great promise for enhancing catalytic activity and selectivity but remains a challenge. Here, highly active Ru nanocrystals with a metastable face-centered cubic (fcc) structure were successfully synthesized via a facile wet-chemical method followed by an etching step, enabling selective activation of H2O2 and demonstrating promising peroxidase-like activity. Compared to the thermodynamically favored hexagonal close-packed Ru nanocrystals, the resultant fcc Ru shows an over 5-fold enhancement in the maximum reaction velocity of the peroxidase-like catalysis, while its oxidase-like performance exhibits a minor decline, indicating a transition from multienzyme activity to specificity. Theoretical calculations reveal that the phase transformation of Ru not only results in an upward shift of the d-band center to enhance H2O2 adsorption but also regulates the O-O bonding strength of H2O2 to achieve selective H2O2 activation. As a proof of concept, a colorimetric sensor based on fcc Ru nanocrystals was successfully constructed, achieving accurate and sensitive detection of organophosphorus pesticides. This work not only offers promising prospects for phase engineering of Ru nanocrystals but also highlights the significance of the Ru phase transition in hydrogen peroxide activation.
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