华中师范朱成周&武汉工程胡六永Anal. Chem.：单原子铁用于鲁米诺阴极电化学发光！

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研究内容

传统的阴极电化学发光(ECL)总是需要更大的负电位来触发强发射，这不可避免地损害了靶标的生物活性，降低了灵敏度和特异性。

华中师范大学朱成周教授和武汉工程大学胡六永教授首次将铁单原子催化剂（Fe-N-C SACs）用作高效的共反应促进剂，实现了鲁米诺-H2O2 ECL系统在超低电位下的阴极发射。受益于独特的电子结构，Fe-N-C SACs在0到-0.2 V的负扫描电位下表现出显着的H2O2活化产生大量活性氧(ROS)的特性。ROS可以将鲁米诺阴离子氧化成鲁米诺阴离子自由基，避免鲁米诺繁琐的电化学氧化过程。然后，原位形成的鲁米诺阴离子自由基将直接与ROS反应以产生强ECL发射。相关工作以“Single-Atom Iron Enables Strong Low-Triggering-Potential Luminol Cathodic Electrochemiluminescence”为题发表在国际著名期刊Analytical Chemistry上。

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研究要点

要点1.作者受单原子优点的启发，通过铁掺杂的锌基沸石咪唑骨架(ZIF-8)被热解以制备了具有FeN4催化位点的Fe-N-C SAC。

要点2.Fe-N-C SAC被用作高效的共反应促进剂，在0到-0.2 V的负扫描电位下，Fe-N-C SAC具有将H2O2激活为大量ROS的显着能力(根据ROS清除实验，OH·被认为是主要的ROS)，可诱导鲁米诺-H2O2 ECL系统的显着阴极发射。这是第一次使用SACs来实现鲁米诺-H2O2 ECL系统在这种超低电位下的阴极发射。

要点3.基于该策略制备的灵敏的葡萄糖氧化酶介导的鲁米诺-H2O2-Fe-N-C SACs ECL癌胚抗原（CEA）免疫传感器灵展现出优异的检测性能，线性关系在5 pg/mL至80 ng/mL范围内，CEA检测限为1.1 pg/mL。

这项工作为鲁米诺-H2O2 ECL 统的探索开辟了一条新途径，并阐明了SAC在构建低触发电位的高效阴极ECL系统方面的优越性。

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研究图文

图1. (a) Fe-N-C SACs的合成过程示意图。Fe-N-C SAC的TEM (b)、HR TEM (c)和AC-HAADF-STEM (d)。（e-g）Fe-N-C SAC的HAADF-STEM和EDS元素图像。

图2. Fe-N-C SAC和N-C的XRD(a)和N 1s XPS光谱(b)。Fe-N-C SAC、Fe箔和FePc在Fe K-edge的XANES光谱(c)和EXAFS曲线(d)。(e) Fe箔、FePc和Fe-N-C SAC的WT等值线图。

图3. (a)鲁米诺-H2O2 ECL系统中裸GCE和Fe-N-C SAC和N-C修饰GCE的ECL发射。(b)Fe-N-C SACs/GCE电极的ECL发射，在H2O2中，在-0.2 V下仅电解50 s，然后在取消施加电压后加入一定浓度的鲁米诺。鲁米诺-H2O2-Fe-N-C SAC ECL系统的ECL瞬变，通过从-0.2到0.4 V（c）和从0.4到-0.4 V（d）的脉冲。（e）在有或没有N2的鲁米诺-H2O2-Fe-N-C SAC系统中，不同自由基清除剂对ECL强度的影响。(f) Fe-N-C SACs作为鲁米诺-H2O2 ECL系统的共反应促进剂的机理。

图4. (a) ECL免疫传感器的构造示意图。(b)存在不同浓度CEA时的ECL强度响应，范围从5 pg mL-1到80 ng·mL-1。(c) ECL强度与CEA对数浓度的校准曲线（误差线：标准偏差，n=3）。(d) ECL免疫传感器的选择性（浓度为1 ng·mL-1的CEA和浓度为100 ng·mL-1的所有其他化合物）。

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文献详情

Single-Atom Iron Enables Strong Low-Triggering-Potential Luminol Cathodic Electrochemiluminescence

Wenling Gu, Xiaosi Wang, Mengzhen Xi, Xiaoqian Wei, Lei Jiao, Ying Qin, Jiajia Huang, Xiaowen Cui, Lirong Zheng, Liuyong Hu,* Chengzhou Zhu*

Anal. Chem.

DOI: 10.1021/acs.analchem.2c01794

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作者简介

朱成周，男，华中师范大学教授、博士生导师，化学学院分析化学研究所所长。英国皇家化学会会士、国家高层次人才青年项目入选者、德国洪堡学者、华中师范大学 “桂子学者”特聘教授，2018、2020和2021年科睿唯安全球高被引科学家，斯坦福大学全球前2%顶尖科学家。主要的研究方向是原子尺度材料催化与生物传感，至今在Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed., ACS Nano、Nano Lett.、和Anal. Chem.等国际著名学术期刊以及专著发表学术论文200多篇, 总引近19500次 (Google Scholar)，H-index为70，28篇论文进入ESI高被引论文。

2018.4至今 华中师范大学化学学院，教授、博士生导师

2014.6-2018.4 华盛顿州立大学，研究助理教授 (合作导师: Prof. Yuehe Lin)

2013.3-2014.4 德累斯顿工业大学，德国洪堡学者 (合作导师: Prof. Alexander Eychmüller)

2007.9-2013.1 中国科学院长春应用化学研究所，博士 (导师: 董绍俊院士)

胡六永，武汉工程大学材料科学与工程学院硕士生导师，2020年入选湖北省教育厅有关人才计划。主要从事纳米材料在可持续能源转换与储存和生物分析领域的应用研究，在构建功能纳米材料增敏的生物传感器、设计合成三维纳米体系并探索其在水分解电催化中的应用研究中取得了一些突破性进展和原创性成果。自2019年在武汉工程大学独立开展工作以来，共发表论文21篇，以第一作者或通讯作者身份发表SCI论文15篇，其中5篇影响因子大于10（1篇入选ESI高被引论文），中科院一区论文12篇，包括Angewandte Chemie International Edition, Nano Letters, Applied Catalysis B: Environmental, Analytical Chemistry, Chemical Communications等。

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