静电纺铁基纳米纤维复合材料的制备及其类过氧化物酶催化性质研究

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研究发现,当材料的尺寸降低到纳米尺度的时候,往往会伴随着性能的提升,这是由于材料的大比表面积以及出现的小尺寸效应,表界面效应等。纳米材料的优异性能使得它们在很多领域有着很好的应用前景。纳米技术的飞速发展使得各种纳米材料的制备技术不断涌现。在众多的方法中,静电纺丝作为一种简易、快捷地获得纳米纤维的手段,在近些年来尤其受到研究者们的青睐。静电纺丝纳米纤维在光电、催化、能源、生物化学等领域均取得了突出的成果。由于大部分铁基材料具有磁性,产物可以方便地进行回收,因此引起了研究者们的广泛兴趣,各种铁基材料被制备并且应用于各个领域。通过静电纺丝制备的铁基纳米纤维是一种很好的催化剂载体,它们具有大的比表面积,可以很好地负载其它功能组分,而且耐溶剂腐蚀。自然酶的卓越性能以及独一无二的专一性使得它们一直以来在很多领域占据着主导地位,但是自然酶的不稳定性以及高造价使得研究者们将视线转移到人造酶上来。作为自然酶的替代品,人造酶具有卓越的酶活性,而且稳定性优异,成本低。许多材料如贵金属、金属硫化物等已经被用来模拟自然酶使用。然而,单一的材料往往具有不可避免的易团聚、催化活性低、分散性不好等缺陷。复合材料能够很好地避免这些问题,而且复合材料能够结合各个组分的特点,组分相互之间的作用还往往能形成协同效应,提升材料的性能。纳米复合材料人造酶继承了纳米材料的优点,也保留了复合材料的优势,能最大程度上发挥出材料的催化性能。因此,本文中我们利用静电纺丝结合煅烧等方法成功制备出两类静电纺铁基纳米纤维复合材料,通过将静电纺纳米纤维与金属纳米粒子或者金属硫化物复合,得到类过氧化物酶催化性能增强的纳米纤维复合材料,并且探究了组分之间的协同效应。此外,当应用于生物检测领域,我们制备的材料能够对过氧化氢、多巴胺、半胱氨酸、抗坏血酸实现高灵敏,高选择性检测。本论文主要包括以下两部分内容:1.通过静电纺丝结合后处理的方法,成功将两类金属纳米粒子与纳米纤维复合,样品均能保持良好的形貌,而且金属纳米粒子分散均匀,有利于提升材料的性质。当探究材料的类过氧化物酶催化活性时,我们发现材料优异的性能还与组分之间的协同效应有关。此外,我们建立了一个比色检测过氧化氢和半胱氨酸的办法,并且证明了这两种类过氧化物酶体系优异的检测性能。2.通过静电纺丝然后水热的方法成功将纳米纤维与金属硫化物复合,研究了材料的类过氧化物酶催化活性,并且探究了组分之间的协同效应。然后我们向体系中引入导电高分子或者另一种金属硫化物去进一步调控复合材料的催化活性。由于组分之间优异的协同效应,我们制备的复合材料都呈现出卓越的类过氧化物酶催化性质。基于样品优异的催化性能,我们利用类过氧化物酶催化体系实现了对过氧化氢、多巴胺和抗坏血酸的高灵敏高选择性检测。
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