英文原題：First Ultrathin Pure Polyoxometalate 2D Material as a Peroxidase Mimicking Catalyst for Detecting Oxidative Stress Biomarkers

通訊作者：趙俊偉，河南大學；宋宇飛，北京化工大學

作者：Jun Jiang,?Yanzhou Li,?Lulu Liu,?Lijuan Chen,?Junwei Zhao*, Carsten Streb and Yu-fei Song*

自2004年石墨烯被發現以來，二維材料因其特殊的物理化學性質及其在微電子器件、綠色催化、能量存儲和生物監測等領域廣闊應用前景，已成為研究熱點之一。二維材料的電子限域效應及其超薄的厚度使其具有優異的光電性能、機械柔性和光透明性，可用于制備彈性和透明的光電器件。另外，大的比表面積保證了它們作為催化劑時催化活性位點的充分暴露。納米酶作為生物酶的替代材料，具有穩定性高、成本低、制備簡單等優點。目前，二維材料作為納米酶催化劑主要集中在石墨烯及其衍生物、過渡金屬鹵化物、貴金屬等材料，應用于生物傳感、環境處理、納米藥物等領域。特別是，鐵基二維材料可以進一步提升納米酶的催化性能，因為它們的催化過程存在與天然過氧化物酶——血紅素相似的催化機制。因此，鐵基二維材料具有優異的類酶活性得益于鐵組分電子得失能力和二維材料電子屬性的協同作用。然而，迄今為止，科學家們對新型鐵基二維材料的探索還不充分，制備鐵基二維材料納米酶并深入研究其性能仍面臨巨大的挑戰。

近期，河南大學趙俊偉教授團隊在多金屬氧酸鹽（簡稱多酸）二維材料的類酶活性研究方面取得新進展，基于一維鏈狀有機配體修飾的異金屬嵌入鍺鎢氧酸鹽及其一維鏈間的π-π相互作用力，通過液相剝離的方法制備了首例超薄純多酸二維材料，并系統探究了其類酶催化性能，相關成果以標題為”First Ultrathin Pure Polyoxometalate 2D Material as a Peroxidase Mimicking Catalyst for Detecting Oxidative Stress Biomarkers”發表在ACS Applied Materials & Interfaces，2022，https://doi.org/10.1021/acsami.2c15579上，河南大學博士研究生蔣君和李艷周博士為文章的共同第一作者，河南大學趙俊偉教授和北京化工大學宋宇飛教授共為通訊作者。此研究得到國家自然科學基金、河南省高校科技創新團隊支持計劃等資助支持。

本文報道了基于一維鏈狀有機配體修飾的異金屬嵌入鍺鎢氧酸鹽及其一維鏈間的π-π相互作用力制備的首例超薄純多酸二維材料及其類酶活性用于檢測氧化應激生物標志物的研究。在本研究中，作者合成了一維鏈狀有機配體修飾的異金屬嵌入鍺鎢氧酸鹽（1）（圖1），由于一維鏈間存在大量的π-π相互作用，晶態材料可通過液相剝離的方法制備成超薄多酸二維材料（2D-1）。

圖1.一維鏈狀有機配體修飾的異金屬嵌入鍺鎢酸鹽的結構及分析

利用掃描電子顯微鏡、透射電子顯微鏡、原子力顯微鏡、紅外光譜和粉末X-射線衍射等對2D-1的形貌和組成進行了系統表征（圖2）。結果表明，2D-1的厚度可低至單層。

圖2.?1和2D-1的電鏡照片及PXRD

接著系統探究了2D-1的類酶催化性能，進行了靜態動力學分析，并將其用于過氧化氫的檢測，檢出限低至58nM（圖3）。實驗結果和理論計算共同證明了2D-1優異的催化性能且催化活性位點位于鐵中心和有機配體上，提出了其可能催化機理（圖3）。在此基礎上，利用2D-1和尿酸酶催化的級聯反應，進一步實現了尿酸的檢測。

圖3.2D-1的類酶催化性能及機理研究

綜上所述，在合成有機配體修飾的異金屬嵌入鍺鎢氧酸鹽晶態材料的基礎上，借助液相剝離的方法，制備了超薄純多酸二維材料，并對其類酶催化性能進行深入研究，進一步將其用于過氧化氫和尿酸的檢測，具有檢測限低、重復性好等優點。本研究不僅為制備超薄純多酸二維材料奠定了基礎，而且拓寬了多酸材料在生物學和醫學領域的潛在應用范圍。

二級教授，博士生導師，河南省多酸化學重點實驗室副主任，河南省特聘教授，河南省學術技術帶頭人，英國皇家化學會會士，河南省高層次人才，河南省化學會理事，河南省科技創新人才，河南省優秀教師，河南省高等學校青年骨干教師，河南省優秀碩士論文指導教師，河南省高校科技創新團隊帶頭人，河南省高校科技創新人才，中國青少年科技創新獎獲得者，寶鋼教育獎獲得者。主要從事多金屬氧簇材料的制備、光電器件和藥物活性等研究。主持國家自然科學基金、河南省杰出青年基金、河南省高校科技創新人才支持計劃、河南省自然科學基金等17項，在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Energy Mater.、Coord. Chem. Rev.等期刊發表SCI論文180余篇，授權專利12項，獲省部級獎勵2項、市廳級獎勵13項。主編專著1部、參編教材4部。