Modulating Electron Transfer in Vanadium‐Based Artificial Enzymes for Enhanced ROS‐Catalysis and Disinfection

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作者
Ling Li,Sujiao Cao,Zihe Wu,Ruiqian Guo,Lan Xie,Liyun Wang,Yuanjiao Tang,Qi Li,Xianglin Luo,Lang Ma,Chong Cheng,Li Qiu
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (17) 被引量:80
标识
DOI:10.1002/adma.202108646
摘要

Nanomaterials-based artificial enzymes (AEs) have flourished for more than a decade. However, it is still challenging to further enhance their biocatalytic performances due to the limited strategies to tune the electronic structures of active centers. Here, a new path is reported for the de novo design of the d electrons of active centers by modulating the electron transfer in vanadium-based AEs (VOx -AE) via a unique Zn-O-V bridge for efficient reactive oxygen species (ROS)-catalysis. Benefiting from the electron transfer from Zn to V, the V site in VOx -AE exhibits a lower valence state than that in V2 O5 , which results in charge-filled V-dyz orbital near the Fermi level to interfere with the formation of sigma bonds between the V- dz2 and O-pz orbitals in H2 O2 . The VOx -AE exhibits a twofold Vmax and threefold turnover number than V2 O5 when catalyzing H2 O2 . Meanwhile, the VOx -AE shows enhanced catalytic eradication of drug-resistant bacteria and achieves comparable wound-treatment indexes to vancomycin. This modulating charge-filling of d electrons provides a new direction for the de novo design of nanomaterials-based AEs and deepens the understanding of ROS-catalysis.
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