Artificial formate oxidase reactivity with nano-palladium embedded in intrinsically microporous polyamine (Pd@PIM-EA-TB) driving the H2O2 – 3,5,3′,5′-tetramethylbenzidine (TMB) colour reaction

化学 微型多孔材料 催化作用 反应性(心理学) 甲酸铵 格式化 甲酸 无机化学 光化学 高分子化学 有机化学 医学 病理 替代医学
作者
Lina Wang,Mariolino Carta,Richard Malpass‐Evans,Neil B. McKeown,Philip Fletcher,Pedro Estrela,Alberto Roldán,Frank Marken
出处
期刊:Journal of Catalysis [Elsevier]
卷期号:416: 253-266 被引量:2
标识
DOI:10.1016/j.jcat.2022.11.015
摘要

Surface cavities formed by molecularly rigid polymers of intrinsic microporosity affect catalytic processes. Palladium nanoparticles of typically 3 nm diameter are formed in an intrinsically microporous polyamine (PIM-EA-TB) by borohydride reduction. These particles are shown to indirectly catalyse the oxidative colour change of indicator dye 3,5,3′,5′-tetramethylbenzidine (TMB) in the presence of formic acid via formation of H2O2. Investigation reveals that oxygen reduction on the palladium is rate limiting with optimised H2O2 production at approximately pH 3 to 4, and first order in formate, followed by purely homogeneous TMB oxidation. The H2O2 production is therefore studied separately as a nanozyme-like catalytic process equivalent to formate oxidase reactivity, linked to the molecularly rigid polyamine host (PIM-EA-TB) providing ammonium sites (in molecularly rigid surface cavities) that enhance both (i) 2-electron formate oxidation and (ii) 2-electron oxygen reduction to H2O2. Beneficial effects of hydrophobic ClO4- anions are noted as indirect evidence for the effect of ammonium sites in surface cavities. A computational DFT model for the artificial formate oxidase reactivity is developed to underpin and illustrate the hypothesis of PIM-EA-TB as an active catalyst component with implications for future nanozyme sensor development.
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