草甘膦（Gly）是一种非残留、非选择性的除草剂，广泛应用于农业、林业和园艺行业的杂草防治[1]、[2]。作为一种酶抑制剂，草甘膦主要抑制植物中芒果苷的合成，从而导致蛋白质合成受阻并影响生理活动[3]、[4]。然而，草甘膦的滥用会导致其在水环境中积累和扩散，最终危害水生生物并破坏生态系统[5]、[6]。值得注意的是，国际癌症研究机构（IARC）将草甘膦归类为“可能致癌物”（2A组），因为它可能增加患胰腺癌、肺癌、帕金森病等的风险[7]、[8]、[9]。一个显著的例子是关于长期接触草甘膦危害的研究，研究表明它可能损害神经系统，导致认知功能障碍、神经退行性疾病甚至行为异常[7]、[9]。因此，开发一种稳健、经济且灵敏的水体中草甘膦检测方法是非常必要的。
有多种化学、生物和物理分析技术用于水环境中草甘膦的检测，包括液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）[10]、电化学传感器[11]、荧光探针[12]和气相色谱[13]。在荧光探针技术方面，GMP/EU/DPA纳米探针系统可以实现草甘膦的定量检测（0.089–50 μmol/L），碳量子点（CD）探针对草甘膦的线性响应范围为0.59–95 μmol/L[14]、[15]。通过表面增强拉曼散射（SERS）方法，Ma等人使用金-铂纳米材料在0.051–5.92 μmol/L范围内检测草甘膦[16]。此外，Guan等人发明的罗丹明衍生物可用于0.1–5 μmol/L范围内草甘膦的荧光和比色检测（表S1）[17]。尽管这些方法具有高灵敏度，但在降低设备成本、缩短分析时间和提高操作简便性方面仍需进一步改进。因此，迫切需要一种经济、简单且便携的方法来检测实际样品中的草甘膦。
作为一种新的快速检测技术，纳米酶因其高稳定性、易于操作和低成本而受到研究人员的青睐[18]、[19]、[20]。在农药检测方面，过氧化物酶激活的纳米酶因其广泛的应用前景和高效的催化性能而受到关注[21]、[22]、[23]。近年来，基于框架的材料如共价有机框架（COFs）和金属有机框架（MOFs）在传感和催化领域表现出活跃性，因为它们具有周期性孔隙、高比表面积和结构多样性[21]、[24]。在有机磷农药的检测方面，基于MOFs和COFs的纳米酶取得了显著进展。例如，Wen等人使用装载亚甲蓝在COFs上并涂覆MnO2制备的MB/COF@MnO2用于二氯苯氧乙酸的检测[25]。基于双酶协同催化，乙酰胆碱酯酶-纳米酶级联反应系统（AChE/C60@MOF-545-Fe）达到了0.038 μmol/L的草甘膦检测限[26]。此外，三元MOFs（ZnCo-ZIFs@MIL-101(Fe)）平台可以实现0.118–237 μmol/L范围内的草甘膦定量分析[27]。目前，我们的研究小组通过静电自组装方法制备了PDI功能化的COFs（PDI-COF300），其在左氟沙星检测方面具有高灵敏度、稳定性和选择性[24]。然而，目前尚无关于基于COFs的纳米酶用于草甘膦检测的研究报告，而在现场环境中使用可视化仪器对纳米酶的检测标准提出了重大挑战。我们假设，通过硝基还原策略对COF300进行氨基修饰可以解决其在极端pH条件下的结构塌陷问题，从而提高其化学稳定性。考虑到不含金属的COFs的催化活性位点仅限于有机官能团，而传统方法中加载金属纳米颗粒容易导致金属聚集，从而降低催化剂活性。进一步构建单原子纳米酶以优化COFs的质量传递效率，达到天然酶的水平，实现最大原子利用率和高效活性。因此，利用单原子位点与COFs配体环境之间的协同作用可以推进COF300衍生物在纳米酶中的应用。更多相关研究应为单原子COFs纳米酶的结构形态、物理化学性质和环境检测提供基础。
在这里，我们利用硼氢化钠的强氧化作用将亚氨基-COFs（COF300）还原为稳定的COF300-AR纳米酶（支持信息图S1）。通过将Mn+（Ni2+、Cu2+、Zn2+、Co3+）与COF300-AR配位，制备了单原子COFs纳米酶，并将其作为草甘膦检测的平台。通过元素形态（EDS、FTIR、XPS、XAFS）、晶体结构（XRD）和微观形态（SEM、AC HAADF-STEM、TEM）系统分析了这些纳米酶。Cu@COF300-AR通过批量方法显示出最佳的过氧化物酶活性，并探讨了Cu2+锚定、温度、pH值和干扰等条件因素的影响。此外，通过电子自旋共振（ESR）表征、电化学工作站（i-t, EIS）和自由基捕获实验分析了Cu@COF300-AR催化OPD的机制。通过分子对接分析了Cu@COF300-AR与草甘膦之间的相互作用力，并借助DFT计算模拟了Cu@COF300-AR的静电势分布。通过草甘膦对Cu@COF300-AR催化活性的抑制作用，构建了一种简单快速的比色方法。
