纳米酶作为基于纳米材料构建的人工模拟酶体系，凭借出色的环境耐受性、可重复循环利用等显著优势，正逐步发展为天然酶的理想替代物，在生物传感、疾病诊疗以及环境监测等多个关键领域得到广泛应用。其中，以铂基材料为代表的贵金属纳米酶，因具备表面功能灵活可调、生物相容性良好等突出特性，成为研究热点。然而，这类纳米酶存在催化机制不明确、选择性欠佳等问题，长期以来限制了其在实际场景中的应用推广。目前，传统的合成手段在精确调控材料晶格应变与表面电子态方面存在局限性。尽管应变工程在电催化领域已展现出一定潜力，但在纳米酶设计中，它面临着难以实现均匀应变分布、构效关系不清晰等困境。因此，如何通过原子级精准应变调控，打破催化活性与特异性之间的平衡桎梏，已成为该领域亟需攻克的核心科学难题。这一挑战不仅关乎纳米酶技术的发展突破，也高度契合生物医学检测和环境治理等领域对高效、稳定催化剂的迫切需求 。

文章概述

      本研究成功研发出一种应变驱动的 L1₀相 PtCo@Pt 核壳纳米酶，创新性地采用焦耳加热技术，仅需 1 分钟便能高效合成具有原子级有序结构的纳米材料。该核壳结构以刚性 PtCo 金属间化合物为内核，外覆超薄铂层，巧妙利用核壳界面 3.5% 的晶格压缩应变，实现电子结构的优化，大幅降低了过氧化氢分解的活化能垒。

      实验数据显示，该纳米酶的过氧化物酶样活性高达 25.545 U/mg，较传统铂纳米颗粒提升 17.4 倍，且展现出极高的特异性，几乎不受氧化酶活性干扰。通过理论计算与多维度结构表征，研究进一步揭示了应变效应的作用机制：在应变作用下，Pt-Pt 键缩短，H₂O₂的 O-O 键被拉长，从而显著加速了反应动力学进程。

      这一研究成果不仅为纳米酶的高效设计提供了原子级应变调控的全新范式，更重要的是，其简便高效的合成方法为生物医学检测和催化工业领域开辟了一条可规模化生产的新路径，有望推动相关领域的技术革新与产业升级。

     本研究借助焦耳加热技术（升温速率高达 10⁵ K/s），在碳黑基底上实现了 L1₀相 PtCo@Pt 核壳纳米酶的一步法合成（图 1a）。该合成工艺利用瞬时高温（约 2000 K）促使前驱体快速成核，同时巧妙利用 Pt（表面能 1.48 J/m²）与 Co（表面能 2.04 J/m²）的表面能差异，驱动过量 Pt 原子自发迁移并均匀包覆在 PtCo 金属间化合物核表面，最终形成厚度均一的超薄 Pt 壳层（图 1c 插图）。热重分析（TGA，图 S1）结果显示，碳黑载体上 PtCo 的负载量可达 50 wt%，充分验证了该材料良好的热稳定性。

     研究团队通过精确调控焦耳加热参数，尤其是脉冲时间，成功制备了一系列不同组成的对比样品，包括 PtCo 合金、纯 Pt 纳米颗粒等。实验表明，L1₀ PtCo@Pt 核壳结构凭借其独特的界面晶格压缩特性（产生 3.5% 的应变），展现出最为显著的应变效应（图 1c），为深入探究结构与性能之间的关系提供了重要依据。

图2. 结构与成分表征

       通过透射电镜（TEM）与高角度环形暗场扫描透射电镜（HAADF-STEM）的精细表征发现，L1₀ PtCo@Pt 纳米酶的平均粒径为 3.3 nm（图 2a-b）。同时，EDS 元素分布图（图 2c）以直观的元素分布形态，清晰证实了 Pt 壳层对核结构的完整包覆。高分辨 TEM 图像（图 2d）进一步揭示，核层的 L1₀相 PtCo 与壳层的面心立方 Pt 呈现出显著的晶体结构差异，其晶面间距分别为 0.36 nm（对应（001）晶面）和 0.198 nm（对应（001）晶面）。借助傅里叶变换分析（图 2e），两种晶体结构的特征被进一步确认，为材料的物相鉴定提供了有力支撑。此外，线扫 EDS 结果（图 2f）显示，Pt 信号在核壳界面处呈现连续分布，而 Co 信号则仅存在于核区域，这一结果从元素分布角度，确凿地证实了 L1₀ PtCo@Pt 核壳结构的成功构建。

图3. 晶体结构与电子态分析

       通过 X 射线衍射（XRD）表征（图 3a），L1₀ PtCo@Pt 在 24.1° 和 33.2° 处呈现出清晰尖锐的特征衍射峰，与标准卡片（PDF#04-001-0115）完美匹配，这一结果直观证实了其具有高度有序的金属间化合物晶体结构。X 射线光电子能谱（XPS）分析（图 3b）显示，相较于纯 Pt，L1₀ PtCo@Pt 中 Pt 4f 轨道的结合能出现明显负移。该现象揭示了电子从 Co 原子向 Pt 原子的转移过程，进而有效优化了材料的表面电子态，为催化性能的提升奠定基础。催化性能测试结果（图 3d-f）尤为亮眼：L1₀ PtCo@Pt 的过氧化物酶样活性高达 25.575 U/mg，达到纯 Pt 的 17.4 倍之多；同时，其氧化酶样活性近乎可忽略不计（图 3h），充分彰显了该材料卓越的催化特异性。通过阿伦尼乌斯曲线分析（图 3g）进一步发现，L1₀ PtCo@Pt 的催化反应活化能仅为 3.73 kJ/mol，显著低于 PtCo 合金的 6.93 kJ/mol，这一数据直接证明了应变效应在降低反应能垒、加速催化反应进程中发挥的关键作用。

图4. 应变效应与催化机制

     基于密度泛函理论（DFT）的深入计算揭示，L1₀ PtCo@Pt 核壳结构凭借界面 3.5% 的压缩应变，促使 Pt-Pt 键长缩短至 2.736 Å（相较纯 Pt 结构显著压缩），进而引发 d 带中心上移。这一电子结构的优化显著增强了材料对反应中间体的吸附能力（图 4a-b）。在 H₂O₂催化反应中，L1₀ PtCo@Pt 核壳结构表面的 H₂O₂分子 O-O 键长被拉长至 2.585 Å，远大于 PtCo 合金（1.474 Å）和纯 Pt（1.473 Å）体系，为 H₂O₂分子的高效解离创造了有利条件（图 4b）。

     通过对反应路径的能量分析（图 4c）发现，L1₀ PtCo@Pt 核壳结构的决速步骤能垒仅为 0.128 eV，显著低于对比样品。同时，其整体反应的热力学优势明显，进一步验证了应变工程在精准调控催化反应动力学过程中发挥的核心作用，为解析该材料优异催化性能的本质机制提供了理论依据。

总结与展望

      综上所述，本研究通过界面应变工程在 L1₀ PtCo@Pt 核壳纳米酶的过氧化物酶（POD）催化性能优化上取得突破性进展。独特的核壳结构引发 Pt 表面产生 3.5% 的晶格压缩，显著重塑了材料的电子态，使得该纳米酶的比活性高达 25.545 U/mg，较传统铂纳米颗粒提升 17.4 倍，同时有效抑制了氧化酶（OXD）活性，实现了催化性能的精准调控。

     结合理论计算与实验验证，研究发现界面应变将 H₂O₂吸附能降低至 - 1.49 eV，决速步骤活化能降至 0.128 eV，首次建立起应变效应与催化效率之间的定量构效关系，为纳米酶的设计提供了重要理论支撑。此外，该材料在生物医学诊断领域展现出显著的实用价值，成功应用于癌胚抗原的高精度比色检测，检测限低至 0.38 ng/mL。

     在合成方法上，研究团队利用焦耳加热技术实现了亚秒级（<1 min）的精准合成，为原子级应变调控提供了创新性策略。这一成果不仅揭示了晶格应变作为纳米酶性能核心描述符的关键作用机制，更突破了传统催化活性位点设计的固有局限，具有重要的学术价值。展望未来，可围绕多级应变梯度设计、动态催化界面优化以及微流控器件集成等方向展开深入研究，进一步拓展该纳米酶在肿瘤诊疗、环境毒物监测等领域的应用边界，推动高效特异性人工酶体系向智能化方向发展。

原文简介：Bo Xu, Mingjin Cui, Zhimin Luo, Lianhui Wang. Strain-driven intermetallic PtCo nanozymes for high and specific peroxidase-like activity. Chinese Chemical Letters, 2025, 111227, ISSN 1001-8417. https://doi.org/10.1016/j.cclet.2025.111227.

通讯作者

     崔铭锦，毕业于南京大学和美国马里兰大学。获上海市高层次人才引进计划项目。主要研究方向是能源催化材料先进制造，以第一作者或通讯作者身份Sci. Adv., Energy Environ. Sci., Adv. Energy Mater., Nano Lett., Nano Energy, ACS Nano, JPCL 等国际著名学术期刊发表多篇论文。

上海市高层次人才引进计划项目启动基金，2024-2026，主持（在研）

江苏省科技厅自然科学基金青年项目，2023-2026，主持（在研）

江苏省教育厅自然科学基金面上项目，2023-2026，主持（在研）

有机电子与信息显示国家重点实验室主任基金项目，2023-2024，主持（在研）

固体微结构物理国家重点实验室开放基金项目，2024-2026，主持（在研）

国家科技部重点研发青年科学家项目，2022-2026，骨干（在研）

     罗志敏，博士，教授。2013年毕业于复旦大学高分子化学与物理专业，获博士学位；2013-2018在新加坡南洋理工大学材料科学与工程学院从事博士后研究工作；2018年5月至今任南京邮电大学信息材料与纳米技术研究院/材料科学与工程学院教授。从事光电纳米材料的合成及其生物医学和纳米催化的应用研究，获得“江苏省特聘教授”重点资助，担任Chinese Chemical Letters刊物青年编委。在Nature   Catalysis、Journal of the American Chemical Society、Advanced Materials、Advanced Functional   Materials、Small等期刊已发表SCI论文56篇，其中IF>6.0的论文38篇，他引3011次，h-因子为28。以第一或通讯作者发表文章30篇，单篇最高他引168次，担任Wiley、RSC、ACS旗下20余个国际主流学术刊物审稿人，已获中国发明和实用新型专利授权3项。

汪联辉教授，南京邮电大学材料科学与工程学院 院长。荣誉头衔包括了国家杰出青年基金获得者（2004）、国家“有突出贡献中青年专家”（2013）、教育部创新团队学术带头人（2011）、江苏省“333高层次人才工程”首席科学家（2013）和江苏省创新团队领军人才（2012）。

从事光电纳米材料、生物光电子学、纳米生物医学等领域研究工作。主持十多项国内和国际科研项目。发表120余篇SCI论文，他引5000余次。

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苏州开瑞仪器有限公司

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