开发具有高氧还原活性、能产生丰富的活性氧物种(ROS)的先进共反应加速器，在增强luminol-O₂电化学发光(ECL)方面引起了人们的极大关注。然而，调整加速器以高效和选择性地催化氧活化来切换阳极/阴极ECL是非常具有挑战性的。

近日，华中师范大学朱成周教授将定义明确的FeN₄结构血红素组装到石墨烯/N掺杂石墨烯上，以获得具有酶启发轴向配位的FeN₄(C)和FeN₅ SAC，分别实现阳极和阴极ECL。所得具有优异ORR性能的FeN₅ SAC可直接提供阴极发光，并在鲁米诺电化学氧化的帮助下进一步改善。而FeN₄(C) SAC仅在阳极处呈现微弱响应。

文章要点

1）一系列先进的原位实验和密度泛函理论(DFT)计算表明，与轴向N原子的强电子耦合赋予Fe活性位点优化的电子结构。它促进O₂的结合和O-O键的断裂，从而有效地产生高活性的•OH。相比之下，FeN₄(C) SACs仅限于产生相对不活泼的O₂^•，因为它们的O₂极化能力不足。

2）值得注意的是，验证了O₂活化中Fe^IV=O物种的形成及其对鲁米诺的氧化能力，这有助于进一步理解共反应加速器增强的ECL。

3）作为概念验证，构建了基于FeN₅ SAC的免疫测定平台，以良好的灵敏度和选择性检测前列腺特异性抗原(PSA)。

这项工作在原子水平上深入了解结构-活性关系，为设计可调节的ECL系统提供理论指导，以满足实践中的不同需求。

参考文献

Weiqing Xu, et al, Bioinspired Single-Atom Sites Enable Efficient Oxygen Activation for Switching Anodic/Cathodic Electrochemiluminescence, Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202304625

DOI: 10.1002/anie.202304625

https://doi.org/10.1002/anie.202304625