【原】陕师大李保新Anal. Chem.：原子分散的Zn2+-N-C：催化鲁米诺H2O2化学发光！

崛步化学 2022-12-09 发布于北京

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研究内容

铁（Fe）和钴（Co）单原子催化剂（SACs）在许多领域得到了广泛的探索，而锌（Zn）SACs仍处于起步阶段。作为一种非贵金属，锌（Zn）在地球上储量丰富，环境友好，成本低廉。Zn元素具有完全填充的轨道（3d104s2），不能形成高价氧化离子。与Co2+和Fe3+不同，Zn2+通常被认为是催化惰性的。

陕西师范大学李保新教授发现在N掺杂碳材料（Zn-N-C）上原子分散的Zn2+对鲁米诺-H2O2化学发光（CL）反应表现出高催化活性。单原子分散体使Zn2+在鲁米诺-H2O2-CL反应中的催化性能从无活性变为高活性。相关工作以“Atomic Dispersion of Zn2+ on N‑Doped Carbon Materials: From Non-Activity to High Activity for Catalyzing Luminol‑H2O2 Chemiluminescence”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。

研究要点

要点1. 作者选择多巴胺（DA）作为N和C源，使用ZnCl2作为金属Zn前体。通过直接煅烧多巴胺和氯化锌制备了锌SACs。对锌SACs的形态、元素分布、结构和配位环境进行了表征。

要点2. 详细研究了Zn-SAC催化鲁米诺-H2O2的CL反应机理。Zn SACs的活性来源于Zn-N-C结构中的Zn-N位点。单原子分散体使Zn2+在鲁米诺-H2O2-CL反应中的催化性能从无活性变为高活性。

这项研究证明了单原子金属催化剂相对于普通金属离子的特殊性。该研究为CL反应的SAC设计提供了新的见解，从而拓宽了SAC的实际应用。

研究图文

图1.（A）Zn-N-C催化剂合成过程示意图。（B、C）单原子Zn-N-C催化剂的SEM。（D）HAADF-STEM图像和单原子Zn-N-C的相关EDS。（E）单原子Zn-N-C的HAADF-STEM。

图2.（A）不同样品存在下鲁米诺-H2O2的CL强度。所有材料均为10 mg/mL。（B）在M-N-C和相应金属离子（M为Zn、Fe和Co）存在下，鲁米诺-H2O2的CL强度。Zn2+、Fe3+、Zn-N-C和Fe-N-C均为10 mg/mL。Co2+浓度为0.1 μg/mL，Co-N-C浓度为1 μg/mL。（C）不同前体制备的Zn-N-C的催化活性（Zn-N-C-1与melamin，Zn-N-C-2与壳聚糖）。（D）ZnCl2用量对Zn-N-C催化活性的影响。鲁米诺和H2O2的浓度分别为1和3 mM。

图3.（A）鲁米诺-H2O2在不同捕集剂存在下的EPR谱。DMPO、TEMP、H2O2和Zn-N-C的浓度分别为15 mM、15 mM、10 mM和10 mg/mL。（B）在不同浓度的SOD（自由基清除剂）存在下，鲁米诺-H2O2-Zn-N-C的CL强度。（C）在Zn-N-C或ZnC存在下鲁米诺-H2O2的CL强度。（D）在不同浓度的KSCN存在下，鲁米诺-H2O2-Zn-N-C的CL强度。鲁米诺、H2O2和Zn-N-C的浓度分别为1 mM、3 mM和10 mg/mL。