Photoexcited Ru single-atomic sites for efficient biomimetic redox catalysis

催化作用 化学 电子转移 氧化还原 组合化学 光化学 动力学 辣根过氧化物酶 纳米技术 无机化学 材料科学 有机化学 物理 量子力学
作者
Weiqing Xu,Hong Zhong,Yu Wu,Ying Qin,Lei Jiao,Meng Sha,Rina Su,Yinjun Tang,Lirong Zheng,Liuyong Hu,Shipeng Zhang,Scott P. Beckman,Wenling Gu,Yong Yang,Shaojun Guo,Chengzhou Zhu
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [Proceedings of the National Academy of Sciences]
卷期号:120 (21) 被引量:17
标识
DOI:10.1073/pnas.2220315120
摘要

The unsatisfactory catalytic activity of nanozymes owing to their inefficient electron transfer (ET) is the major challenge in biomimetic catalysis-related biomedical applications. Inspired by the photoelectron transfers in natural photoenzymes, we herein report a photonanozyme of single-atom Ru anchored on metal-organic frameworks (UiO-67-Ru) for achieving photoenhanced peroxidase (POD)-like activity. We demonstrate that the atomically dispersed Ru sites can realize high photoelectric conversion efficiency, superior POD-like activity (7.0-fold photoactivity enhancement relative to that of UiO-67), and good catalytic specificity. Both in situ experiments and theoretical calculations reveal that photoelectrons follow the cofactor-mediated ET process of enzymes to promote the production of active intermediates and the release of products, demonstrating more favorable thermodynamics and kinetics in H2O2 reduction. Taking advantage of the unique interaction of the Zr-O-P bond, we establish a UiO-67-Ru-based immunoassay platform for the photoenhanced detection of organophosphorus pesticides.
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