科学网—AMR Account｜配位驱动设计单原子纳米酶：机理解析与多金属应用的融合-材料研究述评（英文）的博文
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2026-5-26 09:02
| 个人分类: AMR Account | 系统分类: 论文交流
近日，新加坡国立大学李房有教授和爱尔兰都柏林大学学院冯宽文教授团队的 AMR 述评文章“Coordination-Driven Design of Single-Atom Nanozymes: Bridging Mechanistic Insights and Multimetal Applications ”在线发表，梳理了团队在单原子纳米酶领域的研究历程，总结研究成果：从最初对其催化行为的机理认知，逐步建立理性设计原则，并拓展其多元化实际应用。同时文章系统综述该领域的发展历程，并展望未来发展方向。
关键词： 单原子纳米酶，配位环境，仿生催化，生物传感，环境修复
单原子纳米酶的功能特性从根本上由配位作用所决定的电子结构主导，而非仅取决于金属种类本身。
文章内容简介
单原子纳米酶是人工酶技术领域的重大突破，有效解决了天然酶环境稳定性差、传统纳米材料催化剂结构不明确的固有难题。
研究人员将金属原子限域于定制化基底骨架中，既实现了原子利用率的最大化，又可精准构筑高特异性活性位点，高度模拟天然金属酶的结构与功能。研究结合稳态动力学测试与密度泛函理论（DFT）模拟计算，阐明了单原子催化体系精确的反应机理路径。综合研究结果表明，单原子纳米酶类酶活性的产生并非仅由中心金属元素种类决定，而源于金属配位环境、电子结构及载体相互作用之间的协同调控。依据该种配位驱动设计策略，研究团队采用先进湿化学合成法及金属有机框架（MOF）衍生策略，成功制备出多种单原子纳米酶。典型实例包括：模拟半乳糖氧化酶的铜基单原子纳米酶、可实现二氧化碳水合反应的仿生碳酸酐酶功能的锌基单原子纳米酶，以及模拟超氧化物歧化酶清除超氧阴离子自由基性能的铜/ 锌双金属纳米酶体系。此外，钌基单原子纳米酶可拓宽氧化还原反应能级范围，具备多酶样催化功能，进一步验证该设计原理的普适性。
综上，该研究将单原子纳米酶定位为原子级精准构筑功能材料，构筑了多相催化与生物氧化还原化学之间的桥梁，有望为生物传感、环境修复、疾病治疗领域提供可规模化制备且性能稳定的全新解决方案。
A MR： 您有何可与读者分享的其他观点、 经历与研究感悟？
作者团队：
我们坚信，科学最强大的价值，在于它能成为跨越学科领域、地域与语言壁垒的通用语言。我们的科研之路，深受多元文化、跨地域学术交流碰撞出的思想火花所启发。例如，我们与来自中国河北医科大学、曾赴新加坡国立大学访学的第二作者朱艳艳教授开展了极具价值的合作。这个跨越新加坡、爱尔兰乃至更多地区的学术交流让我们深刻意识到：跨国、多语种团队所具备的多元思维视角，并非锦上添花，而是科研创新的基本前提。秉持“这种科学无国界”理念，我们不再拘泥于传统的评价标准，而是珍惜珍贵的国际学术情谊与全球学术交流，这正是促进科学进步真正的人文基石。
AMR： 请和读者分享您的育人心得！
冯宽文（Fun Man Fung）：
我的教育理念以“赋能青年”为核心，这一理念源于我本人从资深通讯作者、新加坡国立大学李房有教授（Prof. Sam F. Y. Li）对我的悉心指导，也让我亲身经历了成长蜕变。李教授待人豁达开明、充分信任后辈，给予了我充足的心理安全感，让我从一名普通学生，成长为科研合作伙伴。如今我正致力于将这份初心传承下去，协助指导他的博士生Eslam M. Hamed并与其共同成长。这种师生传承的育人模式，坚守着一个信念：科研引领重在赋能扶持，而非管控支配。我以当初自己所获得的自主空间与支持，同样赋能后辈Eslam M. Hamed，助力新一代科研人不仅具备专业技能，更拥有担当引领的底气、心怀共情的素养，未来也能接力指导后辈、薪火相传。
作者团队简介
Eslam M. Hamed ，2026年于新加坡国立大学获得化学博士学位。主要研究方向为纳米酶、单原子催化、环境化学与食品化学，聚焦可持续技术研发及其在食品质量检测、环境监测中的应用，研究工作契合联合国可持续发展目标。其为Lindau校友，同时担任英国皇家化学会、美国化学会、国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）等多个国际学术组织正式会员。
Yanyan Zhu（朱艳艳） 2016 年于中国科学院山西煤炭化学研究所获得博士学位。现为河北医科大学药学院教授，于2023-2024 年赴新加坡国立大学访学。目前主要研究方向为基于纳米酶的传感分析。
Fun Man Fung（冯宽文） 现为都柏林大学学院助理教授，于新加坡国立大学获得化学博士学位，并持有新加坡管理大学的环境、社会及治理（ESG）专业认证证书。研究领域涵盖科学外交、可持续发展教育、化学安全、学习科学与教育技术，致力于依托数字资源、多媒体及扩展现实（XR）技术创新 STEAM 教育。另外，其为Fulbright学者、YSEALI专业研究员，并入选2020年CAS未来领袖及全球青年学院成员；同时担任爱尔兰化学会会士、欧洲青年科学院会士。现任《国际化学教师》（IUPAC/EuChemS）副主编，《化学教育期刊》和 JACS Au 顾问委员会成员，并当选为新加坡国家化学学会理事会成员。
Sam F. Y. Li（李房有） 现为新加坡国立大学化学系教授，英国皇家化学会会士。其本科、博士及荣誉理学博士均毕业于英国伦敦帝国理工学院。主要研究方向为生物传感器、毛细管电泳、代谢组学、环境修复、光催化及纳米材料。已在国际同行评审期刊发表论文450 余篇，学科H指数达 77，拥有美国发明专利 20 余项。
扫码阅读李房有教授和冯宽文教授团队的精彩Account文章：
Coordination-Driven Design of Single-Atom Nanozymes: Bridging Mechanistic Insights and Multimetal Applications
Eslam M. Hamed, Yanyan Zhu, Fun Man Fung*, and Sam F. Y. Li*
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.5c00337
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