DOI: 10.1021/acs.analchem.2c02511

孔隙受限管状纳米结构的设计在催化应用中引起了极大兴趣，因为该类结构具有独特的微环境来调节反应动力学。在此，本文提出了一种简便的包裹-热解策略，将Fe0纳米颗粒（Fe NPs）限制在衍生自Fe2O3@聚吡咯（PPy）芯鞘纳米纤维（NFs）的N掺杂碳纳米管（Fe@NC NTs）内。所得的Fe@NC NTs可以作为有效的酶模拟物，并表现出比无限制的Fe NPs和裸露NC NTs明显更高的过氧化物酶（POD）催化活性。动力学实验表明，优化的孔隙结构有利于与POD底物的亲和力，并达到极好的催化效率。机理研究表明，H2O2生成•OH赋予了Fe@NC NTs优异的POD性能。本研究基于这种高效的类POD系统开发了总抗氧化能力（TAC）传感平台，扩大了其在食品安全和人类保健领域的应用。

图1.（a）Fe@NC NTs的合成过程示意图，（b,e,h）Fe2O3 NFs（b-d）、Fe2O3@PPy-20 NFs（e-g）和Fe@NC-20-700 NTs（h-j）的扫描电子显微镜（SEM）图像，（c,f,i）直径尺寸分布图，和（d,g,j）透射电子显微镜（TEM）图像。

图2.（a）合成的Fe@NC-20-700 NTs的TEM图像，（b）HRTEM图像，和（c）EDX光谱；（d）Fe@NC NTs中Fe、C和N的HAADF-STEM图谱及（e-g）EDX元素映射。

图3.Fe2O3 NFs、Fe2O3@PPy-20 NFs和Fe@NC-20-700 NTs的（a）XRD图谱和（b）拉曼光谱；（c）在不同温度下合成的Fe@NC NTs的拉曼光谱；Fe@NC-20-700 NTs的X射线光电子能谱（XPS）：（d）Fe2p、（e）N1s和（f）C1s。

图4.（a）Fe@NC NTs作为POD模拟物的图示；（b）TMB+H2O2、催化剂+TMB和催化剂+TMB+H2O2体系反应5分钟的紫外-可见光谱；（c）Fe@NC-20-700 NTs的POD活性对pH值的依赖性；（d）不同吡咯单体剂量和热解温度下Fe@NC NTs的POD活性比较；（e）具有不同吡咯单体剂量的Fe@NC NTs对H2O2和TMB底物的Km值直方图；（f）具有不同热解温度的Fe@NC NTs对H2O2和TMB底物的Km值直方图。误差条是从三次独立测量中获得的。

图5.（a）Fe@NC-20-700 NTs与NC-20-700 NTs和Fe NPs的POD活性比较；（b）DMPO+H2O2、DMPO+催化剂和DMPO+催化剂+H2O2的EPR光谱；（c）Fe@NC-20-700 NTs的重现性；（d）Fe@NC-20-700 NTs的长期储存稳定性。误差条是从三次独立测量中获得的。

图6.（a）不同AA浓度的Fe@NC NTs+TMB+H2O2体系的紫外-可见吸收光谱和相应的光学照片；（b）651nm处的吸光度与AA浓度的对应关系；插图显示了线性校准图；（c）450nm处的吸光度与AA浓度的线性校准图；（d）通过本研究中的检测路径和CUPRAC方法对五个真实样品进行TAC测定。误差条是从三次独立测量中获得的。