【东大新闻网9月24日电】（通讯员 许嫄）近日，国际学术期刊《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）在线发表了东南大学化学化工学院张袁健教授团队、医学院沈艳飞教授团队和物理学院管杰教授团队合作的一项最新研究成果，论文题为《轴向配体诱导的自旋态调控实现单原子纳米酶催化选择性转换用于自驱动纳米马达》（Axial-Ligand-Induced Spin-State Modulation Switching Catalytic Selectivity of Single-Atom Nanozymes for Self-Propelled Nanomotors）。该研究通过在铁单原子位点引入轴向氧配体，调节铁中心的电子自旋态，实现了过氧化氢两类竞争反应路径的选择性调控，为高选择性纳米酶的设计提供了新策略。

天然酶能够高效地催化特定反应，为生命活动的有序进行提供保障。模仿天然酶功能的纳米酶，在分析检测、生物医学等领域展现出广阔的应用潜力。其中，单原子纳米酶具有高度分散的金属活性中心，然而，这些活性中心可能同时催化多种反应，以过氧化氢为例，同一种铁基单原子纳米酶既可能将其分解为水和氧气，也可能利用它促进其他物质的氧化。因此，如何定制纳米酶的反应路径，是发展高选择性人工酶体系的关键科学问题。

针对这一难题，研究团队借鉴天然血红素酶的轴向配位特征，通过调控铁单原子位点的局部配位环境，实现了对金属中心自旋态的精准调节。该研究揭示轴向配位能够推动铁中心由高自旋态向中间自旋态转变，其引起的轨道重构和自旋态转变有效削弱了铁位点与过氧化氢及含氧中间体之间的相互作用，抑制了类过氧化物酶路径，同时促进氧气释放，从而实现类过氧化氢酶反应路径的选择性调控。团队进一步利用其选择性分解过氧化氢并产氧的能力构建了自驱动纳米马达，实现了炎症细胞的主动递送和细胞内自由基清除。该研究建立了局部配位结构、电子自旋态与催化选择性之间的联系，为原子尺度调控纳米酶反应选择性提供了新思路，展示了自旋调控催化在智能生物材料和微纳动力系统中的应用潜力（图1）。

图1 自旋态调控纳米酶选择性催化转换和纳米马达用于炎症细胞的主动递送和细胞内自由基清除应用示意图

该论文共同第一作者为东南大学化学化工学院博士后许嫄、东南大学物理学院程淼博士、东南大学化学化工学院博士后汪楷元和东南大学化学化工学院博士生王继超，医学院沈艳飞、物理学院管杰和化学化工学院张袁健为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、东南大学量子材料与器件教育部重点实验室开放课题的资助以及东南大学测试中心和大数据中心的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1021/jacs.6c12233

供稿：化学化工学院

（责任编辑：杨万里 审核：王天宇）