开发具有优异氧还原活性的共反应催化剂以产生丰富的活性氧物种(ROS)，在促进鲁米诺-O2电化学发光（ECL）方面受到广泛关注。然而，调控催化剂对O2高效、选择性活化以实现阳极/阴极ECL是非常具有挑战性的。
受酶催化机制的启发，华中师范大学朱成周教授课题组报道了两种具有不同轴向配位结构的铁基单原子催化剂(FeN5,FeN4(C) SACs)作为ECL共反应促进剂，特异性地调控ROS的产生，分别实现阴极/阳极鲁米诺ECL。研究表明，轴向N原子能够诱导电子重排可促进O-O键的断裂，使FeN5位点更倾向于产生高活性的羟基自由基，实现直接阴极发光。然而，FeN4(C)位点主要催化O2产生超氧阴离子自由基，表现出较低效率的阳极ECL。基于增强的阴极发光性能，作者成功构建了FeN5 SACs基免疫分析传感平台用以癌症生物标志物的灵敏性检测。
在对机理探究过程中，作者通过一系列原位表征技术（如原位扫描电化学显微镜、阻抗、红外）证实了活性中间体的类型，同时通过理论计算明确了两种催化剂对O2的不同活化路径。相比FeN4(C)位点，FeN5位点表现出更强的极化能力和电子转移能力，能够显著提高ROS产量及高活性羟基自由基的产生。值得注意的是，作者首次验证了FeIV=O的生成和氧化能力，进一步加深了对催化剂辅助的鲁米诺-O2 ECL体系活性中间体的认识。
本篇工作对氧气选择性活化增强ECL性能有了更深入的认识。同时为其它共反应促进剂的高效活化以及新型ECL生物传感平台构建提供实验和理论基础。
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信息发布人: 朱成周教授
发布单位: 华中师范大学
信息源: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202304625
