金属有机框架衍生单原子纳米酶的合成、表征与生物应用研究进展

王冯生 周治国

摘  要： 单原子催化剂（SACs）具有高原子利用效率以及高催化活性，在各种催化体系中均表现出优异的性能.其原子级别的活性位点与天然的金属蛋白酶类似，因此单原子纳米酶（SAzymes）的概念也应运而生.而金属有机框架（MOF）由于其具有高孔隙率的特点，可以作为合成SAzymes的前驱体.该文总结了使用MOF前体/模板构建SACs的合成策略，以及SAzymes的生物应用，提出了基于MOF衍生的SAzymes的发展挑战和前景.

关键词： 单原子催化剂（SACs）; 单原子纳米酶（SAzymes）; 金属有机框架（MOF）

中图分类号： Q 559+.3    文献标志码： A    文章编号： 1000-5137（2021）06-0745-09

Abstract： Due to the high utilization efficiency of atom and catalytic activity， single atom catalysts （SACs） show excellent performance in various catalytic systems. Their atomic level active sites are similar to natural metalloproteinases， so the concept of single atom nanozymes（SAzymes） came into being. With its high porosity， metal-organic-framework （MOF） can be used as a precursor for the synthesis of SAzymes. In this review， the synthesis strategies of SACs constructed by MOF precursor/template and their biological applications are summarized. Finally， the challenges and prospects for the development of monatomic nanozymes based on MOF derivatives are proposed.

Key words： single atom catalysts（SACs）; single atom nanozymes （SAzymes）; metal-organic-framework（MOF）

0  引 言

單原子催化剂（SACs）是具有原子分散活性位点且催化活性高的一类材料[1].但是随着纳米粒子尺寸的减小，原子的表面能增加，SACs中单个原子更容易聚集成簇，导致负载率较低.金属有机框架（MOF）由于其具有纳米尺寸的通道和腔体、超高的比表面积、化学可调性和结构灵活性，而成为一类有前途的多功能材料.与其他多孔材料相比，MOF作为负载型催化剂的平台显示出了巨大的优势.MOF材料可以通过增加金属单个原子与底物之间的相互作用来解决SACs的团簇问题，并且MOF衍生的SACs继承了MOF的许多优点，如高的三维孔隙率和较大的比表面积，这更有利于物质的扩散和活性位点的充分暴露.近年来，SACs被发现具有和金属蛋白酶相似的催化活性，因此SACs在纳米酶方向的研究越来越深入，单原子纳米酶（SAzymes）的概念应运而生.SAzymes相比于普通的纳米酶，具有更精细的结构、更高的催化活性和选择性……