导 语
在材料科学的前沿领域，纳米酶正掀起一场革新风暴。近期，一篇题为 “Strain-driven intermetallic PtCo nanozymes for high and specific peroxididase-like activity” 的重磅论文在《Chinese Chemical Letters》（DOI: 10.1016/j.cclet.2025.111227）上发表，为纳米酶的研究与应用开辟了全新航道。这篇论文聚焦于铂基贵金属纳米酶，针对其催化机制模糊、选择性不足，以及传统合成方法难以精准调控材料晶格应变与表面电子态等长期存在的关键问题，提出了一种创新性的解决方案，即通过应变工程驱动 PtCo@Pt 核壳纳米酶的构筑。论文详细阐述了从纳米酶的结构设计、合成工艺优化，到催化性能测试以及生物医学应用验证的全过程，为领域内科研人员提供了极具价值的参考。
在科技飞速发展的当下，纳米酶正悄然崛起，成为材料科学领域的闪耀新星。它是由纳米材料精心构建的人工模拟酶，凭借出色的环境耐受性和可循环利用优势，逐步站上天然酶替代品的舞台 C 位，大步迈进生物传感、疾病治疗以及环境监测等多元化应用场景。聚焦于贵金属纳米酶，铂基材料凭借可调控的表面功能、优异的生物相容性成为研究热点。然而，其催化机制的模糊性与选择性不足等问题，像一堵厚重的墙，长期阻碍着它迈向实际应用的步伐。传统合成办法在精确调控材料晶格应变与表面电子态方面捉襟见肘。而应变工程虽在电催化领域小露锋芒，但因难以实现均匀应变分布，又缺乏明确的构效关系，在纳米酶设计中陷入困境。如何借助原子级应变调控，打破催化活性与特异性的平衡坚冰，成为该领域亟待破解的难题，也契合了生物医学检测与环境治理对高性能、高稳定催化剂的急切诉求。
论 文 概 要
一项创新研究横空出世，成功开发出应变驱动的 L1₀ 相 PtCo@Pt 核壳纳米酶。借助创新性焦耳加热技术，短短 1 分钟内，原子级有序结构便能高效合成。该设计巧妙，以刚性 PtCo 金属间化合物为核，超薄铂层为壳，凭借核壳界面 3.5% 的晶格压缩应变优化电子结构，大幅降低过氧化氢分解活化能垒。实验成果斐然，其过氧化物酶样活性高达 25.545 U/mg，比传统铂纳米颗粒提升 17.4 倍，几乎无氧化酶干扰活性。理论计算与结构表征强强联合，揭示应变效应通过缩短 Pt-Pt 键、拉长 H₂O₂ 的 O-O 键，加快反应动力学进程。这一策略为纳米酶高效设计树立原子级应变调控标杆，为生物医学检测和催化工业铺就可规模化生产的新征程。
研 究 亮 点
应变工程驱动催化性能突破 ：凭借 L1₀ PtCo@Pt 核壳界面 3.5% 晶格压缩应变，精准调控电子态，使过氧化物酶（POD）比活性达到 25.545 U/mg，较传统铂纳米颗粒提升 17.4 倍，且氧化酶（OXD）活性几乎归零，首次敲定应变效应与催化效率的定量构效关系。
图 文 解 析
图 1 核壳结构设计与合成验证 ：利用焦耳加热技术（升温速率达 10⁵ K/s），在碳黑基底上一步合成 L1₀ 相 PtCo@Pt 核壳纳米酶。瞬时高温（约 2000 K）诱导前驱体快速成核，借助 Pt 与 Co 表面能差异，使多余 Pt 原子自发包覆于 PtCo 金属间化合物核表面，生成厚度均匀的超薄 Pt 壳层。热重分析（TGA）确认碳黑载体中 PtCo 负载量达 50 wt%，证实材料热稳定性。调节焦耳加热参数，制备出多种对比样品，L1₀ PtCo@Pt 核壳结构因界面晶格压缩（3.5% 应变）展现最佳应变效应。
图 2 结构与成分表征 ：透射电镜（TEM）与高角度环形暗场扫描透射电镜（HAADF-STEM）显示，L1₀ PtCo@Pt 纳米酶平均粒径 3.3 nm，EDS 元素分布图证实 Pt 壳层完整覆盖核表面。高分辨 TEM 呈现核层（L1₀ 相 PtCo）与壳层（面心立方 Pt）的晶面间距，傅里叶变换分析进一步验证晶体结构差异。线扫 EDS 显示 Pt 信号在核壳界面连续分布，Co 信号仅存于核区，核壳结构构建成功。
图 3 晶体结构与电子态分析 ：X 射线衍射（XRD）显示 L1₀ PtCo@Pt 特征峰与标准卡片匹配，彰显高度有序金属间化合物结构。X 射线光电子能谱（XPS）表明，相较于纯 Pt，L1₀ PtCo@Pt 中 Pt 4f 轨道结合能负移，意味着 Co 向 Pt 电子转移，优化表面电子态。催化性能测试显示，L1₀ PtCo@Pt 过氧化物酶样活性为纯 Pt 的 17.4 倍，氧化酶样活性近乎为零，阿伦尼乌斯曲线揭示其活化能显著低于 PtCo 合金，凸显应变效应降低反应能垒之功效。
图 4 应变效应与催化机制 ：密度泛函理论（DFT）计算表明，L1₀ PtCo@Pt 核壳结构借界面压缩应变（Pt-Pt 键长缩短至 2.736 Å，较纯 Pt 压缩 3.5%）使 d 带中心上移，强化反应中间体吸附。H₂O₂ 在 Pt 壳表面的 O-O 键长显著长于 PtCo 合金和纯 Pt，利于解离。反应路径能量分析显示，L1₀ PtCo@Pt 决速步能垒低于对比样品，反应热力学更优，印证应变工程对催化动力学的调控威力。
总结与展望
本研究深入剖析 L1₀ PtCo@Pt 核壳纳米酶，通过界面应变工程推动过氧化物酶（POD）催化性能迈向新高度。核壳结构触发的 Pt 表面晶格压缩（3.5%）精准调控电子态，比活性达 25.545 U/mg，较传统铂纳米颗粒提升 17.4 倍，同时有效压制氧化酶（OXD）活性。理论与实验珠联璧合，界面应变使 H₂O₂ 吸附能降至 - 1.49 eV，决速步骤活化能降至 0.128 eV，首度搭建应变效应与催化效率的定量构效关系桥梁。该材料已在癌胚抗原高精度比色检测（检测限 0.38 ng/mL）中大显身手，验证其在生物医学诊断中的实用价值。焦耳加热技术实现亚秒级（小于 1 分钟）精准合成，为原子级应变调控开辟全新路径。其学术贡献在于揭示晶格应变作为纳米酶性能核心描述符的关键机制，打破传统催化活性位点设计的桎梏。展望未来，若能进一步探索多级应变梯度设计、动态催化界面优化以及微流控器件集成，势必将拓展其在肿瘤诊疗、环境毒物监测等领域的应用版图，全力推动高效特异性人工酶体系向智能化高质量发展迈进。
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