近日，东北大学材料科学与工程学院王福会教授团队徐大可教授课题组在纳米酶防污剂抑制微生物腐蚀领域取得重要进展，相关研究成果以“Electron Lever-Assisted d-Band Center Engineering in Intermetallic Alloy Nanozymes for Efficient Marine Microbiologically Influenced Corrosion Inhibition”为题发表于国际权威期刊Advanced Materials（10.1002/adma.74692）。学院杨琳琳博士、于滨副教授、董奕哲博士为共同第一作者，徐大可教授与于滨副教授为共同通讯作者，东北大学为第一完成单位。
随着海洋资源开发与航运事业迅猛发展，海洋工程装备面临的微生物影响腐蚀问题日益突出。微生物在金属表面形成的致密生物膜及其分泌的胞外聚合物，不仅构成抵抗杀菌剂渗透的物理屏障，还会营造局部腐蚀微环境，加速金属材料的破坏。传统防污策略多依赖铜离子持续释放，但这种牺牲性机制不仅导致涂层长效性不足，高浓度离子释放更引发海洋生态毒性担忧。新兴的纳米酶催化技术虽能原位产生活性杀菌物种，却受限于海水中过氧化氢浓度极低的固有瓶颈，催化效率大打折扣，难以实现持续高效的腐蚀抑制。
为应对上述挑战，本研究创新性地将电子杠杆策略应用于纳米酶防污剂的设计之中。通过向FePt金属间化合物纳米酶中引入杂原子Ag（简写为L-FPA纳米酶），精准优化催化活性中心Pt的d带中心位置。研究发现，Ag的引入诱导了Fe和Pt的电子重新分布，使Pt的d带中心向费米能级上移0.59 eV，显著增强了对H2O2的吸附亲和力，即使在H2O2匮乏的海洋环境中仍能维持高效催化。得益于此，L-FPA纳米酶展现出三重类酶活性协同特性：卤过氧化物酶模拟活性利用海水中氯离子持续生成活性氯；NADH氧化酶模拟活性消耗细菌能量分子NADH，从源头扰乱其代谢；过氧化物酶模拟活性产生强氧化性羟基自由基。L-FPA纳米酶在生物膜内部有效引发活性氯/活性氧（RCS/ROS）生成，实现了胞外聚合物屏障瓦解、细胞膜结构破坏与细菌代谢系统性崩溃的多层次打击。结果表明，L-FPA纳米酶对铜绿假单胞菌生物膜的抑制率达99.9%，成熟生物膜清除率达98.4%，相应微生物腐蚀抑制效率达99.3%。即使在500 nM H2O2的极端低燃料条件下，仍实现92.1%的生物膜抑制率。此外，经人工海水中预处理120天后，L-FPA纳米酶的抗生物膜效率仅下降3%，展现出优异的长期稳定性。并且该纳米酶可便捷掺入树脂涂层，具备实际应用前景。
本研究从原子尺度阐释了纳米酶催化活性的电子结构调控机制，为海洋复杂环境下长效防污剂的理性设计与微生物腐蚀的高效抑制，提供了新的理论框架及技术路径。以上工作获得国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国博士后科学基金、中央高校基本科研业务费专项资金的支持。
电子杠杆策略调控纳米酶防污剂d带中心用于海洋微生物腐蚀防治
