Pt岛壳包覆凹面PdCu纳米立方体的中性葡萄糖电催化与传感研究

本研究针对中性葡萄糖氧化反应(GORs)中Pt催化剂易中毒、活性不足的问题，通过种子生长法合成系列Pt岛壳包覆的凹面PdCu/Pt纳米立方体(PdCux@Pt CNCI/SNC)。发现PdCu@Pt CNCI在连续催化中质量活性达1.0×1026 molecules·g?1Pt，较Pt纳米颗粒提升30.3倍；PdCu1.5@Pt SNC在瞬态催化中展现出42.14 μA·mM?1·cm?2的高灵敏度，为植入式燃料电池和葡萄糖传感器开发提供新策略。

　　

研究背景
葡萄糖作为人体核心能源物质，其氧化反应(GORs)在血糖监测和生物燃料电池领域具有重要应用价值。然而中性环境下的GORs面临两大挑战：一是生理pH(~7.4)中仅有63%的β-d-葡萄糖具有活性，二是传统Pt催化剂在(110)和(100)晶面易被反应副产物CO毒化。虽然Pd@Pt核壳结构通过电子调控可改善碱性GORs催化性能，但其在中性环境的应用仍受限于活性不足和成本过高。如何设计兼具高活性与抗中毒特性的纳米催化剂，成为突破中性GORs技术瓶颈的关键。

研究方法
台湾地区科技主管部门与高雄科技大学团队开发种子生长法，通过调控Cu²⁺比例（0.2-1.5）制备凹面PdCu纳米立方体(CNC)作为种子，沉积Pt岛壳构建四种结构：PdCu_0.2@Pt CNCI、PdCu_0.5@Pt CNCI、PdCu@Pt CNCI及星状PdCu_1.5@Pt SNC。采用TEM表征形貌，EQCM评估质量活性(M_A)，电化学测试分析瞬态催化性能，并在血清/能量饮料中验证传感可靠性。

研究结果
1. 材料特性
TEM显示Pt岛壳沉积量随Cu含量增加呈梯度下降：PdCu_0.2@Pt CNCI表面形成锯齿状Pt膜，而PdCu_1.5@Pt SNC因高Cu占比呈现星状结构。XPS证实Cu(电负性1.90)的引入显著改变Pt电子结构。

2. 连续催化性能
PdCu@Pt CNCI展现最优M_A（1.0×10²⁶ molecules·g^?1_Pt），较Pt纳米颗粒(3.3×10²⁴ molecules·g^?1_Pt)提升30.3倍。这种增强源于凹面结构暴露的高指数晶面与Pt-Cu电子协同效应。

3. 瞬态传感性能
低Pt含量的PdCu_1.5@Pt SNC在0.25-2 mM和2-10 mM区间分别实现42.14 μA·mM^?1·cm^?2和23.43 μA·mM^?1·cm^?2灵敏度，覆盖生理血糖范围(3-8 mM)，血清检测回收率≥97.92%，RSD≤1.89%。

结论与意义
该研究通过精准调控PdCu核组成与Pt岛壳形态，创制出兼具高活性和选择性的GORs催化剂。PdCu@Pt CNCI的连续催化优势为植入式燃料电池提供新材料，而PdCu_1.5@Pt SNC的卓越传感性能则推动非酶葡萄糖检测技术发展。电子结构调控策略为设计抗中毒纳米催化剂开辟新途径，相关成果发表于《Food Chemistry》。