Angew. Chem.：钯单原子催化剂对有机磷农药毒死蜱的直接光催化检测

毒死蜱是一种高效的有机磷农药，已被广泛用在农业中实现作物的丰产增收。然而，毒死蜱在农作物上的残留却给人们的生命健康带来了极大地威胁。即使少量的毒死蜱进入体内也会抑制神经中胆碱酯酶的活性，扰乱神经递质胆碱的正常传导，引起中毒，甚至死亡。发展高灵敏性、高选择性、简单快速的毒死蜱残留检测新方法，对食品安全评估尤为重要。

单原子催化剂 (single atom catalyst, SA catalyst) 是纳米催化领域的新秀。其催化活性位点呈现单个原子大小并分散均匀，且对活性金属的利用率更为优化，显示出了较传统纳米催化剂更加优异的性能，在电催化氧还原，氧析出, 以及光催化产氢等领域备受青睐。而在生物传感分析领域，SA catalyst仍处于研究初期。

近日，北京大学郭少军教授（点击查看介绍）团队（通讯作者）首次发现毒死蜱农药分子对钯单原子催化剂(PdSA) 的光催化产氢活性具有明显的抑制作用。利用这一发现，该团队发展了一种基于PdSA的光催化传感器，成功实现了对毒死蜱残留的高灵敏检测。

图1. 基于PdSA/TiO₂的光催化传感平台对毒死蜱的直接检测。a. 光催化检测毒死蜱的示意图；b. PdSA/TiO₂的元素分析图（元素：Ti，Pd，O）；c. PdSA的球差电镜表征；d. PdSA和Pd纳米颗粒对毒死蜱检测灵敏度的比较；e. PdSA/TiO₂单原子催化剂对不同浓度毒死蜱的光催化检测。

以TiO₂为载体，PdCl₄^2-通过原位光催化还原形成PdSA/TiO₂单原子催化剂。PdSA/TiO₂光催化产氢速率5倍高于Pd纳米颗粒催化剂，且具有优异的光催化稳定性。球差电镜结果显示，与Pd纳米颗粒催化剂相比，TiO₂表面所负载的PdSA活性位点丰富且分散均匀。毒死蜱的加入可明显抑制PdSA/TiO₂的光催化活性，降低PdSA/TiO₂的光催化产氢速率。基于此现象设计的光催化传感器对毒死蜱在0.03 ng/mL-10 μg/mL浓度范围内呈现出了良好的线性关系，达到了0.01 ng/mL的检出限。以美国环境保护署所允许的毒死蜱最大残留量10 ppb作为参照，该方法实现了对毒死蜱的高灵敏分析。此外，以作物中常见的离子 (Na⁺, K⁺, NH₄⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Cl^-, NO₃^-, SO₄^2-) 以及三种常见的有机磷农药 (paraoxon-ethyl, monocrotophos and dipterex) 作干扰物种，所设计的基于PdSA/TiO₂的光催化传感器实现了对毒死蜱的选择性检测；并且对实际蔬菜加标样品的检测也取得了125%的平均回收率。该方法不仅促进了单原子催化剂在生物传感领域的应用研究，也为有机磷农药毒死蜱残留的高灵敏检测提供了新的思路。

相关工作发表Angewandte Chemie International Edition 上，文章的第一作者是北京大学博士后葛晓晓和周鹏。

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Palladium single atoms on TiO₂ as a photocatalytic sensing platform for analyzing organophosphorus pesticide chlorpyrifos

Xiaoxiao Ge, Peng Zhou, Qinghua Zhang, Zhonghong Xia, Shulin Chen, Peng Gao, Zhe Zhang, Lin Gu, Shaojun Guo

Angew. Chem. Int. Ed., 2019, DOI: 10.1002/anie.201911516

导师介绍

郭少军

https://www.x-mol.com/university/faculty/18935

（本稿件来自Wiley）