单原子纳米酶在生物医学中的应用

新近发展的单原子纳米酶(SAzymes),兼具纳米材料与酶的特性,可以精确模仿天然酶结构,在生物传感、疾病治疗等领域有着广泛的应用.SAzymes具有均匀分散的单原子结构和良好的配位环境,表现出显著的催化活性和稳定性.本文综述了近年来SAzymes在生物医学领域的应用,包括生物传感、肿瘤治疗、抗菌和抗氧化,并展望了 S...     

单原子催化材料在电化学氢循环应用中的研究进展

单原子催化剂(SACs)是一类仅含有孤立的单个金属原子作为催化活性中心的催化材料. 由于其具有100%的原子利用率、 独特的化学结构及优异的催化活性等优点, 近年来在电化学催化和电能转换设备领域备受关注. 本文综合评述了单原子催化材料的设计理念、 合成方法和表征方法, 同时对其在氢电化学循环 (电解水制氢和氢燃料电池领域)的实际应用进行了系统介绍, 并对单原子催化材料的研究和应用前景进行了展望.     

单原子铂纳米酶的简便构建及其类过氧化物酶活性

采用浸渍吸附法,以多孔碳纳米笼(CNC)作为载体,简便构建了单原子铂/CNC(SA-Pt/CNC)纳米酶。通过透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和X射线光电子能谱(XPS)深入解析了SA-Pt/CNC的微观结构。酶活性测试表明,SA-Pt/CNC表现出优异的类过氧化物酶活性,能高效催化过氧化氢氧化各种底物分子。     

对单原子催化术语的讨论

单原子催化,是由我国化学家提出的一个新概念,近年来在多相催化领域引领了一波研究热潮。单原子气体,是中学化学教育中的重要知识点。单原子催化这一术语,在文字上与单原子气体非常相似,但又有着完全不同的意义,存在一定的误导性,值得商榷。     

配位环境可调的Cu单原子的合成及催化加氢性能研究※

具有可控配位环境的高催化活性和选择性的稳定单金属位点催化剂的合成仍然具有挑战性. 本工作采用阳离子交换策略合成了两种具有不同配位结构的Cu单原子催化材料. 该策略主要依赖于硫化物的阴离子骨架和富含 N 的聚合物壳在高温退火过程中产生大量的S和N缺陷, 精确合成了富边缘S和N双修饰的单金属Cu位点催化材料. 在这两种材料, 一种Cu单原子具有硫(S)、氮(N)双配位, 一种Cu单原子只有单一的S配位. Cu中心原子的第一壳层配位数为4, Cu-S/N-C的结构为Cu-S₁N₃, Cu-S-C的结构为Cu-S₄. 实验表明, S、N双修饰的Cu单原子材料在室温下催化硝基苯加氢过程中表现出较高活性. 反应20 min后, 在Cu-S/N-C催化下, 硝基苯加氢转化率达到100%, 循环使用5次后活性未见显著下降. 该发现为调节中心金属配位环境以提高单原子催化材料的性能提供了一种可行的方法.     

单原子材料在二氧化碳催化中的技术经济分析与产业化应用前景

近年来, 随着科学研究的不断深入, 单原子催化剂由于具有高活性与高选择性等突出特点被广泛挖掘和应用. 作为连接多相与均相催化的桥梁, 单原子催化剂已经成为催化领域的重要研究对象之一, 具有广泛的工业化应用前景. 本文对单原子催化剂的发展历程、 特点及其在不同领域的应用进行了概括, 综合评述了当前CO₂还原领域的技术经济分析, 并首次对单原子材料催化转化CO₂进行了技术经济分析与计算. 最后, 对单原子催化剂在CO₂还原领域中工业化应用的未来发展方向及亟需解决的关键科学和技术问题进行了展望, 以期推动单原子催化材料的进一步广泛应用.     

酶催化原子转移自由基聚合

原子转移自由基聚合(ATRP)是制备分子量以及分散度可控聚合物的重要途径。然而,受制于除氧步骤复杂、金属催化剂残留以及单体适用范围有限等因素,ATRP难以应用于批量制备功能化聚合物/共聚物材料,限制了其进一步应用。近年来提出和发展的酶催化聚合,为高效便捷除氧、拓展单体适用范围以及制备具有特殊(纳米)结构的纯净聚合物/共聚物提供了新思路。本文详细介绍了酶的结构与催化机理,以酶的种类进行分类,系统总结了具有不同结构的酶催化体系(包括过氧化辣根酶、血红蛋白、血红素、漆酶等)的催化机理、适用单体、优缺点及应用等;综述了酶以及酶模拟物催化ATRP体系的发展现状;最后,对酶催化ATRP的发展前景和挑战进行了探讨和展望。     

单原子催化中的活性位构建方法研究进展

近年来,单原子催化剂因具有多相催化剂的结构稳定、易分离和均相催化剂的“孤立位点”等潜在优点而受到了人们的广泛关注.因此我们着重对比说明了单原子催化剂多种制备方法的形成机制以及制备过程的优缺点,并结合相应反应对其催化活性、催化机理进行介绍.通过对单原子催化剂的制备研究现状的概述,以期对加快其工业化进程起到积极的促进作用.     

单原子催化甲烷直接转化的研究进展

将甲烷直接转化(DMC)为高附加值化学品(如甲醇等化合物),是实现天然气高效利用的有效途径.因甲烷结构非常稳定,使其在温和条件下(反应温度≤150℃的非强酸介质体系)的高效活化极具挑战性.近年来,单原子催化剂(SACs)因其活性物种的高利用率和高选择性,已引起国内外研究者的广泛关注,并被尝试应用于多种反应.研究表明,S...     

揭秘单原子催化:表面科学方法

理解单原子催化的基本机理对于设计高性能和高稳定性的催化剂体系至关重要.然而,这是个有待解决的问题,因为用现有的实验技术来表征单原子催化活性位极端困难.在过去的40年里,表面科学为理解多相催化提供了基础,但是有关反应温度下、已知结构金属氧化物上稳定的金属原子的模型体系罕见报道.本视角讨论了已知的、吸附在模型金属氧化物表面上的、孤立的金属原子,并探讨了如何利用这些信息去理解单原子催化.一个关键的问题是,尽管在表面科学研究中的高度理想化的模型体系可能无法代表真实反应条件下的催化剂,但是它们与采用理论模拟计算得出的模型非常相似.因此,表面科学有望成为评估单原子催化模型的方法.更令人兴奋的是,几个研究组已经发展出在升温条件下金属吸附原子仍保持稳定的模型体系.但到目前为止,还不能清楚地解释催化活性.最后,本文简要地讨论了在真实反应条件下扫描隧道显微镜的实验前景.     

单原子催化剂的生物医学应用

单原子催化剂(SACs)具有100%的原子利用率及充分暴露的原子金属活性位点,其催化活性和选择性更具优势,已广泛应用在化学、能源及环境等领域.近年来, SACs在生物医学领域也引起了广泛关注.本文综述了SACs在肿瘤治疗、抗菌、抗氧化和生物传感等生物医学领域的应用及研究进展,并简要总结了SACs未来应用的挑战和机遇,为合理设计多性能的SACs提供了可行策略.     

单原子材料在电化学生物传感中的研究进展

电化学传感器具有响应速度快、 专一性强及准确性高等特点, 已成为生物传感快速检测的重要发展方向之一, 但目前难以达到对单个生物分子的检测水平, 这主要受限于作为核心部件的探针材料. 单原子材料由于其简单明确的原子局域结构, 且具有媲美于生物酶的统一活性位点, 是一种极具潜力的探针材料, 因此受到了广泛关注. 本文综合评述了具有均一局域配位环境的单原子材料的合成, 以及其在电化学生物传感中的应用, 并对单原子材料在未来电化学生物传感中面临的挑战和机遇进行了展望.     

Recent Advance of Tellurium for Biomedical Applications

Tellurium(Te) nanomaterials have aroused a wide interest in semiconductor, thermoelectric, piezoelectric, as well as biomedical applications. The last decades of reports indicated a major nanostructure of one-dimensional (1D) Te on account of its inherent structural anisotropy. Two-dimenional(2D) Te has been newly developed and drawn a lot of interests recently. This review presents the intrinsic biological potential of Te-based nanomaterials and summarizes their up-to-date advance in phototherapy and reactive oxygen species(ROS)-related applications in the biomedical field.     

单原子催化的关键进展与未来挑战

单原子催化剂(SACs)兼具均相与多相催化剂的双重优势, 表现出最大化的原子利用率、 超高的本征活性与选择性以及易与产物分离的特点, 受到人们的广泛关注. 然而, 由于单个原子较高的表面能以及不稳定性, 设计与制备单原子催化剂仍是一大挑战. 本文综合评述了近年来单原子催化剂的稳定化策略、 高载量催化剂的制备方法以及批量制备技术等方面的关键研究进展, 并简要分析了单原子催化剂未来发展所面临的问题与挑战, 最后对单原子催化的发展方向进行了展望.     

Advances in Intelligent Stimuli-Responsive Microneedle for Biomedical Applications

Microneedles (MNs) are a new type of drug delivery method that can be regarded as an alternative to traditional transdermal drug delivery systems. Recently, MNs have attracted widespread attention for their advantages of effectiveness, safety, and painlessness. However, the functionality of traditional MNs is too monotonous and limits their application. To improve the efficiency of disease treatment and diagnosis by combining the advantages of MNs, the concept of intelligent stimulus-responsive MNs is proposed. Intelligent stimuli-responsive MNs can exhibit unique biomedical functions according to the internal and external environment changes. This review discusses the classification and principles of intelligent stimuli-responsive MNs, such as magnet, temperature, light, electricity, reactive oxygen species, pH, glucose, and protein. This review also highlights examples of intelligent stimuli-responsive MNs for biomedical applications, such as on-demand drug delivery, tissue repair, bioimaging, detection and monitoring, and photothermal therapy. These intelligent stimuli-responsive MNs offer the advantages of high biocompatibility, targeted therapy, selective detection, and precision treatment. Finally, the prospects and challenges for the application of intelligent stimuli-responsive MNs are discussed.     

单原子催化在海洋能源领域的应用

海洋是未来人类社会重要的能源宝库, 其中蕴藏了储量庞大且形式多样的能源, 海洋能源与资源的高效转化与获取对实现“双碳目标”具有重要意义. 催化技术是提高能源与资源利用效率和转化速率的关键技术, 对于海洋巨大的资源储量, 其显得更为重要. 单原子催化剂具有优异的可调控性、 高选择性和高活性位点利用率, 与海洋环境相容的单原子催化剂表现出良好的应用潜力. 本文对单原子催化在海洋氢能、 海洋能源转化和海水提铀等海洋能源领域的研究进行了综合评述, 并对单原子催化在海洋能源领域的发展前景进行了展望.     

Surface Organometallic Chemistry for Single-site Catalysis and Single-atom Catalysis

Although driven by different research interests, single-site catalysts and single-atom catalysts are both believed to be model systems bridging homogeneous and heterogeneous catalysis. The two concepts are similar but different. In this review, we will first explain the difference between single-atom catalysis and single-site catalysis, in terms of their goals, synthetic methods and coordination structures of corresponding catalysts. Then, we will introduce the surface organometallic chemistry method, a method traditionally used for synthesizing single-site catalyst. We will explain why it might benefit the single-atom catalysis community. At last, the choice of support to accommodate the method for synthesizing single-atom catalysts will be discussed.     

Aggregation-Induced Emission: Recent Advances in Materials and Biomedical Applications

The concept of aggregation-induced emission (AIE) has opened new opportunities in many research fields. Motivated by the unique feature of AIE fluorogens (AIEgens), during the past decade, many AIE molecular probes and AIE nanoparticle (NP) probes have been developed for sensing, imaging and theranostic applications with excellent performance outperforming conventional fluorescent probes. This Review summarizes the latest advancement of AIE molecular probes and AIE NP probes and their emerging biomedical applications. Special focus is to reveal how the AIE probes are evolved with the development of new multifunctional AIEgens, and how new strategies have been developed to overcome the limitations of traditional AIE probes for more translational applications via fluorescence imaging, photoacoustic imaging and image-guided photodynamic/photothermal therapy. The outlook discusses the challenges and future opportunities for AIEgens to advance the biomedical field.