MOF辅助合成氮掺杂多孔碳负载原子级分散铁位点用于绿原酸电化学检测的性能增强研究

为解决绿原酸(CGA)电化学检测中电极材料催化活性不足的问题，研究人员通过空间限域辅助热解策略构建了Fe-Nx位点修饰的Fe/N共掺杂多孔碳(Fe-NC)。该材料利用Zn-MOF同时作为空间限域模板和氮前体，实现了原子级分散Fe-Nx活性位点的精准构筑。所开发的传感器展现出12,600?μA?mM?1的高灵敏度和5.2?nM的检测限，为功能性食品和药物分析提供了新方法。

　　

绿原酸(CGA)作为广泛存在于咖啡、杜仲等植物中的多酚化合物，既是抗氧化明星成分又是"双刃剑"——过量摄入会引发肝肾损伤。当前高效检测技术面临两大瓶颈：传统色谱法设备昂贵，而常规电化学电极又存在灵敏度不足的问题。安徽中医药大学的研究团队独辟蹊径，将金属有机框架(MOF)的"分子牢笼"特性与酞菁铁的"单原子锚定"优势相结合，在《Microchemical Journal》发表了一项突破性研究。

研究团队采用三步关键技术：空间限域策略（以Zn-MOF为模板固定FePc分子）、原位热解转化（将前驱体一步碳化为Fe-NC材料）、电化学性能系统评价（包含循环伏安法和差分脉冲伏安法测试）。特别创新的是利用Zn原子的"栅栏效应"阻止铁原子团聚，最终获得具有原子级分散Fe-N_x位点的氮掺杂多孔碳。

材料表征部分揭示：扫描电镜显示Fe-NC保持Zn-MOF的十二面体形貌，比表面积达896.7?m²?g^?1；X射线吸收精细结构谱证实Fe以单原子形式存在，配位数为4.1；拉曼光谱中ID/IG=1.05表明材料具有丰富缺陷位。这些特性为电子转移提供了理想通道。

电化学性能测试获得三项突破：检测范围跨越4个数量级（0.05-70?μM），灵敏度较传统电极提升23倍，抗干扰实验显示对槲皮素等结构类似物的响应信号低至4.7%。机理研究表明，Fe-N₄位点通过Fe(III)/Fe(II)氧化还原对促进CGA的2电子/2质子转移过程，氮掺杂碳基质则通过π-π堆积作用预富集CGA分子。

在实际样本检测中，该传感器对咖啡和杜仲样本的加标回收率达97.3%-104.0%，相对标准偏差<3.8%。相比HPLC方法，检测时间从25分钟缩短至110秒，成本降低约90%。研究不仅为功能性成分检测提供了新范式，更开创了MOF衍生单原子材料在电化学传感中的应用先河。

讨论部分强调：该工作的核心创新在于将MOF的限域效应与宏观电化学性能需求精准对接。Zn²⁺在热解过程中的挥发创造的多级孔道，与FePc分子固有的平面大π键结构形成协同，解决了单原子催化剂制备中"高载量"与"抗团聚"的矛盾。未来可拓展至其他生物活性成分的即时检测领域。