Engineering Metal‐Pocket Cooperativity in Single‐Atom COF Nanozymes for Selective Cascade Catalysis

合作性 催化作用 组合化学 级联 羟醛反应 合理设计 纳米技术 材料科学 共价键 级联反应 选择性 化学 天然产物 人工酶 金属有机骨架 桥接(联网) 表面改性 对称化 共价有机骨架 纳米颗粒 设计要素和原则 酶催化 金属 甲醇 仿生材料 产物抑制
作者
Ziping Li,Qijun Sun,Yawen Hao,Haotian Wen,Shery L. Y. Chang,Fengwang Li,Jiangtao Xu,Kang Liang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:: e74678-e74678
标识
DOI:10.1002/adma.74678
摘要

Nanozymes have emerged as robust and scalable alternatives to natural enzymes, offering high catalytic activity and structural stability. However, reproducing the exquisite selectivity of enzymatic catalysis, particularly their ability to operate with high precision in complex reaction systems, remains a central challenge. Herein, inspired by the heme-pocket architecture and cooperative regulation in cytochrome P450, we report a nanozyme multilevel programming strategy based on a single-atom covalent organic framework (COF) platform constructed from heme-like metal-porphyrin nodes and linkers bearing chiral amino-acid residues, enabling selective editing of metal catalytic centers and enzyme-mimetic pockets to control catalytic activity, chemoselectivity, and stereochemical outcomes. As a proof of concept, we employ a biomimetic chiral cascade that couples methanol dehydrogenase-like alcohol oxidation with a chymopapain‑inspired asymmetric aldol reaction to probe and optimize metal-pocket cooperativity within the nanozyme. The programmed MnPor-Pro-based nanozyme delivers high product yields, excellent chemo- and stereoselectivity, and outstanding recyclability in the cascade reactions, indicating the effectiveness of this strategy. This work provides a rational design insight for engineering highly selective nanozymes capable of addressing complex, multistep transformations, significantly bridging the gap between artificial and natural enzymatic systems.
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