Nat. Commun.：Fe3O4 纳米酶的类过氧化物酶活性与电子及铁离子的单独迁移相关

Nanoer-z

2022-09-29

虽然许多研究提出了表面Fe²⁺诱导的类芬顿（Fenton-like）反应来解释Fe₃O₄纳米颗粒的固有类过氧化物酶（peroxidase，POD）活性，但很少有人关注内部原子变化及其对催化反应的贡献。鉴于此，东南大学顾宁教授，张宇研究员和马明副研究员等通过表征参与类POD循环催化后回收的Fe₃O₄纳米颗粒的化学组成和催化活性，提出Fe₃O₄纳米颗粒内部的Fe²⁺可以通过Fe²⁺-O-Fe³⁺链将电子转移到表面，使表面的Fe²⁺再生，并使类POD催化反应持续进行。

本文要点：

（1）研究表明，表面和内部的Fe²⁺都能赋予Fe₃O₄纳米酶类POD的性质。通常，粒子内的Fe²⁺可以将其电子转移到表面层，再生表面Fe²⁺并维持催化反应。这个过程通常伴随着过量氧化的Fe³⁺从晶体内部向外迁移，这被认为是一个限速步骤。与磁铁矿的低温氧化类似，参与类POD反应的Fe₃O₄纳米颗粒最终被氧化为类POD容量降低的γ-Fe₂O₃纳米颗粒。

（2）典型的模型材料磷酸铁锂（LiFePO₄）进一步证明了具有参与电子转移和离子迁移的内部原子的纳米酶的这种自耗尽特性，该模型材料包含氧化还原活性金属位点和封装在刚性磷酸盐网络中的可移动锂离子（Li⁺）。

（3）这项工作揭示了不同于天然酶的Fe₃O₄纳米酶的消耗特性，并强调了内部金属原子在纳米酶催化反应中的潜在贡献。同时，也为其他相关纳米酶的机理研究和合理设计提供了理论依据。

参考文献

Dong, H., Du, W., Dong, J. et al. Depletable peroxidase-like activity of Fe₃O₄ nanozymes accompanied with separate migration of electrons and iron ions. Nat. Commun. 2022, 13, 5365.

DOI: 10.1038/s41467-022-33098-y

https://doi.org/10.1038/s41467-022-33098-y