作为一类能够模拟天然酶催化活性的纳米材料，纳米酶具有多种优势，包括低成本、高化学稳定性、可大规模控制制备以及温和的催化条件[1]、[2]。与天然酶相比，纳米酶能够在不失去活性的情况下承受pH值和温度等环境因素的影响[3]、[4]。一个更显著的优势是，通过调节材料组成和结构可以精确调节其催化性能。这些特点促进了纳米酶在生物传感、环境监测以及疾病诊断和治疗等领域的广泛应用前景[5]、[6]、[7]。因此，针对特定分析物和特定监测环境的纳米酶的开发引起了广泛关注。
目前报道的纳米酶系统包括基于贵金属的[8]、基于金属氧化物的[9]、基于金属硫化物的[10]以及基于金属有机框架（MOF）的纳米酶[11]。然而，大多数这类过氧化物酶类似系统具有狭窄的pH应用范围：有些仅在酸性条件下（pH 3~4）表现出催化活性，而另一些在接近中性条件下则活性急剧下降甚至完全丧失[12]、[13]、[14]。因此，通常需要额外的pH调节步骤来满足检测条件。这不仅增加了操作复杂性，还会在分析和生物及天然样品过程中导致某些目标分析物的水解或改变基质成分，最终影响检测准确性[15]、[16]。因此，需要探索具有广泛pH适应性的高效催化纳米酶。
MOF及其衍生的碳材料在这方面已成为有前景的候选材料。由于具有可调节的金属节点、有机连接剂和多孔结构，MOF提供了高活性位点密度，因此是构建在宽pH范围内具有增强催化性能的纳米酶的理想前体[17]、[18]、[19]、[20]。特别是基于沸石咪唑酸盐框架（ZIF）的碳复合材料非常吸引人。这些复合材料不仅保留了ZIF的多孔结构特性，还能通过金属离子的还原形成高活性的金属中心，从而提高酶模拟催化活性[21]、[22]。此外，杂原子掺杂（无论是金属原子还是非金属原子）可以精确调节碳材料中的电子密度、表面化学性质和活性位点分布。例如，硫掺杂可以改变金属-氮配位环境（如Co-N）并加速电子转移[23]、[24]、[25]，而磷掺杂可以增加活性位点的数量并优化电荷转移路径[26]。因此，多种杂原子的共掺杂可以通过协同效应进一步增强催化性能[27]。然而，关于掺硫和掺磷的ZIF系统的报道很少，尤其是在接近中性条件下的催化机制方面的研究更是寥寥无几。
纳米酶非常适合检测多种分析物，其中抗氧化剂尤为重要。典型的抗氧化剂，如多酚（如EGCG）、抗坏血酸（AA）和单宁酸（TA），在抑制氧化应激、维持体内平衡和降低慢性疾病风险方面发挥着关键生理作用[28]、[29]。因此，这些抗氧化剂被广泛用作食品和膳食补充剂中的关键活性成分，需要对其含量和活性进行分析[30]、[31]。目前主要使用的检测技术仍然是高效液相色谱[32]和毛细管电泳[33]。尽管这些方法准确性好，但它们存在设备成本高、样品预处理复杂以及不适合现场应用等缺点[34]、[35]。相比之下，基于纳米酶的比色传感可以克服这些限制，但迄今为止，大多数可用的纳米酶仅在酸性条件下有效[36]、[37]。例如，基于铁的纳米酶（如Fe3O4纳米颗粒）[38]和基于钴的纳米酶（如Co3O4纳米片）[39]，虽然广泛用于抗氧化剂检测，但仅在酸性条件（pH 3.0–5.0）下表现出最佳的过氧化物酶类似活性。在接近中性条件（pH 6.0~7.5）下，它们的催化效率会急剧下降超过50%，从而限制了其实际应用。
为了解决这些挑战，本研究使用ZIF-67作为牺牲模板，提供钴源和多孔结构框架，并在ZIF-67表面使用含有硫和磷的单体共聚物作为硫和磷的来源。将聚合物涂层的ZIF-67热解以生成掺硫和磷的钴碳纳米复合材料（Co-CNSP）。系统研究了Co-CNSP的过氧化物酶类似活性，特别关注接近中性的pH范围。此外，还尝试使用密度泛函理论（DFT）计算来阐明催化机制。最终，成功开发了一种具有过氧化物酶类似活性的比色传感器。该传感器已被证明能够有效检测食品中的多种常见抗氧化剂，包括单宁酸（TA）、表没食子儿茶素没食子酸酯（EGCG）、抗坏血酸（AA）、原花青素（PC）和没食子酸（GA）。通过主成分分析（PCA）和层次聚类分析（HCA）降低数据维度，实现了对这五种抗氧化剂的同步定性和定量检测。
