蔡彬/袁帅Angew.：MOFs中不饱和Cu位点实现葡萄糖完全电氧化

研究内容

葡萄糖的电催化氧化在生物质转化、可再生能源和生物传感器中发挥着至关重要的作用，但同时实现高选择性和高活性仍然是一个重大挑战。

山东大学蔡彬和南京大学袁帅 提出了一种利用具有配位不饱和Cu活性位点的Cu基金属氢氧化物有机骨架(Cu-MHOF)实现葡萄糖完全电氧化的新方法。与传统的Cu(OH) 2 催化剂相比，Cu-MHOF对葡萄糖氧化的电催化活性显著提高了40倍，使葡萄糖能够完全氧化为甲酸盐和碳酸盐作为最终产物。作者进一步开发了一种小型化非酶葡萄糖传感器，显示出优异的性能，高灵敏度为214.7 µA mM -1 cm -2 ，检测范围从0.1 µM到22 mM，检测限为0.086 µM。相关工作以“ Complete Glucose Electrooxidation Enabled by Coordinatively Unsaturated Copper Sites in Metal-Organic Frameworks ”为题发表在国际著名期刊 Angewandte Chemie International Edition 上。

研究要点

要点1. 作者报道了一种由氢氧化铜节点和芳香羧酸盐连接体(Cu-MHOF)组成的新型铜基MHOF，用于深度葡萄糖氧化。芳香连接体的强π-π堆叠相互作用确保了Cu-MHOF中稳定且高度暴露的不饱和铜位点。

要点2. 实验和密度泛函理论(DFT)计算表明，不饱和Cu位点和和配体对GOR电催化至关重要，提高葡萄糖和关键中间体吸附亲和力并促进葡萄糖的深度氧化。Cu-MHOF表现出优异的GOR活性和选择性，在碱性电解质中产生甲酸盐和碳酸盐作为最终产物。

要点3. 作者最后开发了一种小型化非酶葡萄糖传感器，显示出优异的性能，高灵敏度为214.7 µA mM -1 cm -2 ，检测范围从0.1 µM到22 mM，检测限为0.086 µM。进一步被用于开发用于监测唾液中葡萄糖。

该工作为设计催化活性位点提供了一种新的分子水平策略，并可能启发开发用于下一代电化学器件的新型金属有机框架。

研究图文

图1. Cu-MHOF的设计和结构特征。

图2. 铜基电催化剂的GOR性能。

图3. GOR性能的机制研究。

图4. 小型化电化学传感器。

文献详情

Complete Glucose Electrooxidation Enabled by Coordinatively Unsaturated Copper Sites in Metal-Organic Frameworks

Xiaoyue Shi, Yiqi Ling, Youcong Li, Guanhua Li, Juan Li, Lingwei Wang, Fanhong Min, René Hübner, Shuai Yuan,* Jinhua Zhan, Bin Cai*

Angew. Chem. Int. Ed.

DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202316257