Portable Colorimetric Sensor Array Based on a Porous Single‐Atom Fe Nanozyme with Different Surface Sites for Identifying Artificially Ripened Fruits

材料科学 催化作用 多孔性 纳米技术 生物传感器 Atom(片上系统) 复合数 化学工程 复合材料 化学 有机化学 嵌入式系统 计算机科学 工程类
作者
Lifang Wu,Jiayang Lin,Hongsu Wang,Keyan Pan,Xiaomei Shi,Xiaodi Niu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:35 (2) 被引量:36
标识
DOI:10.1002/adfm.202413154
摘要

Abstract Single‐atom nanozyme materials have demonstrated exceptional specific catalytic activity due to the atomic‐level dispersion of their active centers. However, the exploration of catalytic mechanisms for single‐atom catalysts is so far limited to the 2D surfaces of nanozymes. In this study, porous single‐atom Fe nanozyme (psaFeN) is successfully prepared through a straightforward coordination‐assisted polymerization‐assembly strategy. The psaFeN composite nanospheres are uniformly sized, exhibiting excellent dispersibility with well‐organized pore channels extending from the center to the surface. Density functional theory calculations reveal that in the psaFeN nanozyme, the (010) facets serve as the primary active surface, where Fe atoms form tri‐coordinated or tetra‐coordinated structures with doped nitrogen atoms. The (100) facets act as auxiliary reactive surfaces with tetra‐coordinated Fe─N as the active center. psaFeN exhibits excellent POD‐like activity ( K m = 1.77 mM; V max = 173.53 × 10 − ⁸ M s −1 ). Given this exceptional bioactivity, a portable colorimetric biosensor is constructed for distinguishing artificially ripened fruits from naturally ripened ones. The sensor achieves precise discrimination with a detection limit as low as 310 nmol L −1 . This study is anticipated to offer valuable insights into understanding the 3D catalytic mechanisms of single‐atom nanozymes, promoting their application in the development of robust biosensors for food safety.
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