近日，山东科技大学化工学院刘青云教授团队在纳米酶催化检测领域取得新进展。相关成果以Nano-scale minerals in-situ supporting CeO₂ nanoparticles for off-on colorimetric detection of L–penicillamine and Cu²⁺ ion为题发表在国际学术期刊Journal of Hazardous Materials。

为替代昂贵的天然酶和贵金属纳米酶，各种价格低、易制备、稳定性好的金属氧化物纳米酶（如Fe₃O₄、Co₃O₄、CeO₂和CoO）被开发出来。但纳米颗粒易团聚导致本征活性较低，限制了它们的实际应用。

通过简单环保的一锅水热法比较研究了四种纳米尺度天然矿物（即坡缕石（Pal）、埃洛石、蒙脱石和水滑石）对CeO₂纳米颗粒的原位负载效果。发现Pal比表面积高、亲水性好，高温高压水热反应中纳米棒结构重整为纳米片，因此成为最佳的催化剂载体。制备的CeO₂-Pal纳米酶暴露更多活性氧空位（O_vac）缺陷，表现出优异的类过氧化物酶活性。L-青霉胺（LPA）分子中巯基（-SH）能够覆盖纳米酶表面的活性位点导致后者活性降低，而Cu²⁺离子能够与LPA发生络合反应来减弱LPA对纳米酶活性的抑制作用。因此，基于CeO₂-Pal纳米酶构建了一种便捷的off-on式级联比色方法，可以实现对LPA和Cu²⁺离子的灵敏检测，并成功用于检测实际血液样本。理论计算发现，H₂O₂在清洁CeO₂(111)表面均裂为两个羟基自由基（•OH），而在O_vac缺陷表面异裂成氧自由基（•O）和H₂O，类似于贵金属和单原子掺杂纳米酶表面，且异裂路径在热力学上更易进行。O_vac缺陷可以作为H₂O₂吸附和解离的活性位点，同时赋予CeO₂更好的亲氧及亲水性能。该研究在开发高效纳米酶的同时，实现了廉价矿物材料的高附加值利用，具有重要的实用价值。

该研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金等项目的资助。博士生练佳佳为论文第一作者，刘青云教授为论文通讯作者。山东科技大学为第一完成单位。