Bioinspired Zr−Cu Dual Sites Regulate Hydrogen Peroxide Heterolysis for Naked-Eye Glyphosate Sensing

过氧化氢 异构化 化学 基质(水族馆) 催化作用 组合化学 螯合作用 草甘膦 钝化 纳米技术 路易斯酸 过氧化物 金属有机骨架 生物传感器 结合位点 超分子化学 活动站点 荧光 竞争性约束 配体(生物化学) 环境化学 分解 A站点 杀虫剂
作者
Xin Yu,Weiqing Xu,Yu Wu,Y Chen,Wenxuan Jiang,Yiwei Qiu,Jian Li,Y Zhou,Hongcheng Sun,Chengzhou Zhu,Wenling Gu
出处
期刊:ACS Sensors [American Chemical Society]
卷期号:11 (7): 5452-5461
标识
DOI:10.1021/acssensors.5c03873
摘要

The extensive use of glyphosate (Glyp) in agriculture has led to persistent residues in food and the environment, which pose potential threats to ecosystems and human health. Thus, rapid, sensitive, and selective on-site detection strategies are urgently needed. Herein, we developed a smartphone-assisted paper sensor based on a dual-site nanozyme with atomically dispersed Zr-Cu centers anchored on a metal-organic framework (MOF). Compared with the monometallic Cu MOF, the obtained Zr-Cu MOF exhibits an 11.32-fold increase in peroxidase-like activity. In this system, the redox-active Cu site functions as the catalytic center, while the redox-inactive Zr site acts as a Lewis acidic cofactor, modulating the electronic structure of Cu and enhancing substrate binding. Their synergistic interaction facilitates efficient hydrogen peroxide heterolysis and avoids side reactions. Moreover, both Cu and Zr sites contribute to the specific recognition of Glyp, where the phosphonate, carboxyl, and amino groups chelate with Cu through Cu-N/O coordination to form two five-membered rings, while binding to Zr through Zr-O-P coordination. Integrated into a paper-based platform, this Zr-Cu MOF allows fast, naked-eye, and field-deployable Glyp sensing using a smartphone. This work not only provides a general strategy for designing heterometallic nanozymes with multicofactor synergy but also demonstrates a practical platform for pesticide monitoring.
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