Precise Tuning of the D-Band Center of Dual-Atomic Enzymes for Catalytic Therapy

化学 催化作用 酶动力学 吸附 活动中心 离解(化学) Atom(片上系统) 计算化学 物理化学 活动站点 有机化学 计算机科学 嵌入式系统
作者
Ruijin Zeng,Qian Gao,Limei Xiao,Weijun Wang,Yu Gu,Hengshuo Huang,Yingjun Tan,Dianping Tang,Shaojun Guo
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (14): 10023-10031 被引量:183
标识
DOI:10.1021/jacs.4c00791
摘要

Single-atom nanozyme-based catalytic therapy is of great interest in the field of tumor catalytic therapy; however, their development suffers from the low affinity of nanozymes to the substrates (H2O2 or O2), leading to deficient catalytic activity in the tumor microenvironment. Herein, we report a new strategy for precisely tuning the d-band center of dual-atomic sites to enhance the affinity of metal atomic sites and substrates on a class of edge-rich N-doped porous carbon dual-atomic sites Fe–Mn (Fe1Mn1–NCe) for greatly boosting multiple-enzyme-like catalytic activities. The as-made Fe1Mn1–NCe achieved a much higher catalytic efficiency (Kcat/Km = 4.01 × 105 S–1·M–1) than Fe1–NCe (Kcat/Km = 2.41 × 104 S–1·M–1) with an outstanding stability of over 90% activity retention after 1 year, which is the best among the reported dual-atom nanozymes. Theoretical calculations reveal that the synergetic effect of Mn upshifts the d-band center of Fe from −1.113 to −0.564 eV and enhances the adsorption capacity for the substrate, thus accelerating the dissociation of H2O2 and weakening the O–O bond on O2. We further demonstrated that the superior enzyme-like catalytic activity of Fe1Mn1–NCe combined with photothermal therapy could effectively inhibit tumor growth in vivo, with an inhibition rate of up to 95.74%, which is the highest value among the dual-atom artificial enzyme therapies reported so far.
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