Hammett Relationship in Oxidase‐Mimicking Metal–Organic Frameworks Revealed through a Protein‐Engineering‐Inspired Strategy

纳米材料 材料科学 金属有机骨架 配体(生物化学) 取代基 密度泛函理论 组合化学 纳米技术 计算化学 有机化学 立体化学 生物化学 吸附 受体 化学
作者
Jiangjiexing Wu,Zhenzhen Wang,Xin Jin,Shuo Zhang,Tong Li,Yihong Zhang,Hang Xing,Yang Yu,Huigang Zhang,Xingfa Gao,Hui Wei
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:33 (3) 被引量:148
标识
DOI:10.1002/adma.202005024
摘要

Abstract While the unique physicochemical properties of nanomaterials that enable regulation of nanozyme activities are demonstrated in many systems, quantitative relationships between the nanomaterials structure and their enzymatic activities remain poorly understood, due to the heterogeneity of compositions and active sites in these nanomaterials. Here, inspired by metalloenzymes with well‐defined metal–ligand coordination, a set of substituted metal–organic frameworks (MOFs) with similar coordination is employed to investigate the relationship between structure and oxidase‐mimicking activity. Both experimental results and density functional theory calculations reveal a Hammett‐type structure–activity linear free energy relationship (H‐SALR) of MIL‐53(Fe) (MIL = Materials of Institute Lavoisier) nanozymes, in which increasing the Hammett σ m value with electron‐withdrawing ligands increases the oxidase‐mimicking activity. As a result, MIL‐53(Fe) NO 2 with the strongest electron‐withdrawing NO 2 substituent shows a tenfold higher activity than the unsubstituted MIL‐53(Fe). Furthermore, the generality of H‐SALR is demonstrated for a range of substrates, one other metal (Cr), and even one other MOF type (MIL‐101). Such biologically inspired quantitative studies demonstrate that it is possible to identify quantitative structure–activity relationships of nanozymes, and to provide detailed insight into the catalytic mechanisms as those in native enzymes, making it possible to use these relationships to develop high‐performance nanomaterials.
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