三（联吡啶）钌（II）（Ru（bpy）32+）−三丙胺阳极电化学发光（ECL）系统已在商业生物分析中得到广泛应用。然而，胺化合物在生物环境中的存在导致不可避免的阳极干扰信号，这阻碍了该系统的进一步广泛使用。相反，阴极Ru（bpy）32+ECL系统可克服这些限制。Ru（bpy）32+/过氧二硫酸盐（S2O82-，PDS）ECL体系由于能够产生具有强氧化能力的硫酸根阴离子（SO4·-），从而增强ECL信号已被广泛应用。然而，PDS的对称分子结构使其具有被激活的挑战性，并导致低发光效率。华中师范大学朱成周、顾文玲和武汉工程大学胡六永使用铁-氮-碳单原子催化剂（Fe-N-C
SAC）作为先进的加速器，提出了一种高效的Ru（bpy）32+基三元ECL体系。Fe-N-C SAC可以在较低的电压下有效地将PDS活化为活性氧，从而显著提高Ru（bpy）32+的阴极ECL发射。得益于Fe-N-C SAC卓越的催化活性，作者成功建立了一种高灵敏度检测碱性磷酸酶活性的ECL生物传感器。相关工作以“Iron Single-Atom Catalyst-Enabled
Peroxydisulfate Activation Enhances Cathodic Electrochemiluminescence of Tris(bipyridine)ruthenium(II)”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。要点1. 作者通过两步热解工艺合成了Fe-N-C SAC。所得到的Fe-N-C SAC可以显著促进PDS的活化，作为一种先进的共作用加速器。实验结果表明，Fe-N-C SAC显示出较低的电压来激活PDS，有利于PDS的O-O结构的裂变产生丰富的ROS并增加阴极ECL发射信号，该信号分别是氮掺杂石墨烯（NG）和裸玻碳电极（GCE）的4倍和30倍。要点2. 步进脉冲（SP）方法和电子顺磁共振（EPR）光谱表明，PDS在电催化过程中被Fe-N-C SAC激活，产生丰富的SO4·-。要点3. 基于ALP催化产物中苯酚对阴极ECL的特异性增强，作者成功提出了一种用于灵敏监测ALP活性的ECL生物传感器，该催化产物可以电化学氧化为电极上的多酚膜，以促进Ru（bpy）32+的还原。该生物传感器在0.8至100 mU/mL的范围内具有宽的线性关系，LOD为0.30 mU/mL。该生物传感器具有良好的灵敏度、选择性和回收率，在人体血清样品中具有广阔的应用前景。该研究创新性地采用Fe-N-C SAC作为一种先进的共反应促进剂来促进Ru（bpy）32+基ECL，并拓宽其分析应用。图1.（A）Fe-N-C SAC的制备示意图。Fe-N-C
SAC的（B）SEM、（C）TEM、（D）AFM、（E）HAADF−STEM和EDS以及（F）AC−HAADF–STEM。（G）不同催化剂的XRD。图2.（A）GCE、NG、Fe-N-C SAC修饰的GCE在具有20
μM Ru（bpy）32+和10 mM PDS的N2饱和PBS中的CV和I-E以及Fe-N-C SAC改性的GCE和具有20
μM Ru（bpmy）32+O2饱和PBS的CV和I-E。（B）不同自由基清除剂的ECL强度猝灭速率。（C）在含有DMPO和PDS的PBS中的EPR光谱。（D）Fe-N-C SAC-Ru（bpy）32+−PDS
ECL体系的可能机制。图3.（A）ALP的ECL生物传感器的制备。所制备的基于Fe-N-C SAC的ECL生物传感器的（B）不同ALP活性的ECL曲线、（C）ALP活性与ECL强度之间的线性关系以及（D）选择性（1：空白，2：过氧化氢酶，3：葡萄糖氧化酶，4：辣根过氧化物酶，5：脲酶，6：胰蛋白酶，7：抗坏血酸，8：Na2SO4，9：KCl，10：尿酸，11：甘氨酸，12：D-谷氨酸，13：精氨酸，14：三乙胺，15：三丙胺和16：ALP；所有干扰成分的浓度均为25 μM/mL）。Iron
Single-Atom Catalyst-Enabled Peroxydisulfate Activation Enhances Cathodic Electrochemiluminescence
of Tris(bipyridine)ruthenium(II)
Zhen Luo, Weiqing Xu, Zhichao Wu, Lei
Jiao, Xin Luo, Mengzhen Xi, Rina Su, Liuyong Hu,* Wenling Gu,* Chengzhou Zhu*DOI: https:///10.1021/acs.analchem.3c01822
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