ACSAMI.电子金属-支持铜纳米粒子和氮掺杂的Ti3C2Tx MXene之间的相互作用，以增强用于检测虾青素的过氧化物酶样活性

以下文章来源于分析化学方法 ，作者科研小组

全文简介

近年来，具有高活性和稳定性的纳米酶已经成为天然酶的潜在替代品，但电子金属-载体相互作用(EMSI)和纳米酶催化性能之间的关系仍然不清楚。本文成功合成了负载在N掺杂Ti3C2Tx (Cu NPs@N-Ti3C2Tx)上的铜纳米粒子纳米酶，并通过引入N物种实现了EMSI的调制。X射线光电子能谱、软X射线吸收谱和硬X射线吸收精细谱在原子水平上揭示了Cu NPs和Ti3C2Tx之间较强的EMSI，包括电子转移和界面效应。因此，Cu NPs@N-Ti3C2Tx纳米酶表现出显著的过氧化物酶样活性，超过了其对应物(Cu NPs，Ti3C2Tx，Cu NPs-Ti3C2Tx)，表明EMSI显著增强了催化性能。得益于其优异的性能，构建了基于Cu NPs@N-Ti3C2Tx纳米酶检测虾青素的比色平台，其线性检测范围为0.01-50微米，检测限为0.015微米。密度泛函理论进一步揭示了优异的性能归因于较强的EMSI。这项工作为研究EMSI对纳米酶催化性能的影响开辟了一条途径。

简介

铜纳米粒子@N-Ti3C2Tx的合成及结构表征。(a)Cu NPs @ N-ti 3c 2 tx的示意性合成。(b)剥离的Ti3C2Tx纳米片的AFM图像和相应的高度测量。(c)Cu NPs @ N-ti 3c 2 tx的TEM图像。(d)Cu NPs @ N-ti 3c 2 tx的SEM图像。(e)铜纳米颗粒@N-Ti3C2Tx的HRTEM图像。(f)Cu NPs @ N-ti 3c 2 tx的HAADF-STEM图像和(g)相应的EDS绘图图像。

Cu NPs@N-Ti3C2Tx的电子结构和化学状态。(a)N-ti 3c 2 tx和Cu NPs@N-Ti3C2Tx的高分辨率N 1s光谱。(b)N-ti 3c 2 tx和Cu NPs@N-Ti3C2Tx的高分辨率C 1s光谱。(c)N-Ti 3c 2 tx和Cu NPs@N-Ti3C2Tx的高分辨率Ti 2p光谱。(d)N-ti 3c 2 tx和Cu NPs@N-Ti3C2Tx的N K边XANES谱。(e)ti 3c 2 tx、N-Ti3C2Tx和Cu NPs@N-Ti3C2Tx的C K边XANES谱。(f)Ti 3c 2 tx、N-Ti3C2Tx和Cu NPs@N-Ti3C2Tx的Ti 1边缘XANES光谱。

Cu NPs@N-Ti3C2Tx的化学状态和局域配位环境。(a)Cu NP @ N-ti 3c 2 tx、Cu2O、CuO和铜箔的Cu K边缘XANES光谱。(b)Cu NP @ N-ti 3c 2 tx、Cu2O、CuO和铜箔的FT-EXAFS光谱。(c)铜纳米粒子@N-Ti3C2Tx的WT-EXAFS图。(d)Cu纳米颗粒@N-Ti3C2Tx的FT-EXAFS拟合曲线。

铜纳米粒子@N-Ti3C2Tx纳米酶的类POD-活性。(a)Cu NPs @ N-ti 3c 2 tx纳米酶上POD-样活性的示意图。(b)几种纳米酶(Cu NPs@N-Ti3C2Tx、Cu NPs-Ti3C2Tx、Cu NPs、N-Ti3C2Tx和Ti3C2Tx)在TMB + H2O2和纯TMB + H2O2溶液中的紫外-可见吸收曲线。(c)Cu NPs @ N-ti 3c 2 tx和具有不同浓度TMB的参考样品的米氏–门滕曲线。误差线代表三份样品的标准偏差。(d)Cu NPs @ N-ti 3c 2 tx和具有不同H2O2浓度的参考样品的米氏–门滕曲线。误差线代表三份样品的标准偏差。(e)以TMB为底物的Cu NPs@N-Ti3C2Tx、Cu NPs-Ti3C2Tx和Cu NPs纳米酶的Vmax和Km值。(f)铜纳米粒子@N-Ti3C2Tx、铜纳米粒子-Ti3C2Tx和铜纳米粒子纳米酶的比活性。

检测虾青素的比色生物传感器的性能。(a)用于虾青素检测的比色生物传感器的示意图。(b)在缓冲液中具有不同浓度虾青素的Cu NPs@N-Ti3C2Tx-TMB-H2O2反应系统的UV-vis吸收光谱。(c)缓冲液中虾青素的检测极限图。(d)防晒剂中含有不同浓度虾青素的Cu NPs@N-Ti3C2Tx-TMB-H2O2反应体系的紫外-可见吸收光谱。(e)防晒霜中虾青素的检测极限图。

DFT计算。(a)吸附羟基的铜纳米粒子模型。(b)吸附OH基团的Cu NP@N-Ti3C2Tx模型。(c)对于具有吸附的OH基团的Cu NPs模型，四个Cu原子和OH基团的PDOS。费米能级被设置为零。(d)吸附OH基团的Cu NPs@N-Ti3C2Tx模型的四个Cu原子和OH基团的PDOS。费米能级被设置为零。

相关成果以“Electronic Metal–Support Interactions between Copper Nanoparticles and Nitrogen-Doped Ti3C2Tx MXene to Boost Peroxidase-like Activity for Detecting Astaxanthin”，发表在国际学术期刊“ACS Appl. Mater. Interfaces”上。

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https://doi.org/10.1021/acsami.3c02654

转自：“NANO学术”微信公众号

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