新型过氧化物纳米酶与光催化材料的制备及其初步应用

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具有催化功能的纳米材料由于催化效率高、稳定性强、反应条件温和等优点被广泛研究和应用。本文通过制备不同纳米催化材料,建立了四种催化反应体系,分别实现了对多巴胺(DA)、左旋多巴(LDA)、肝素的酶催化检测,光催化分解水高效制备H2O2,以及环境废水中汞的催化解毒、检测和吸附去除。主要内容包括:(1)制备了具有过氧化物酶催化活性的介孔磁性Fe3O4纳米颗粒(Fe3O4 NPs),并通过Fe-DA的螯合作用,建立了基于催化功能增强型比色法,检测尿液中的DA和LDA(第二章)。采用乙二醇溶剂热法制备了介孔磁性Fe3O4 NPs;实验发现,合成的Fe3O4 NPs具有一定的磁性和过氧化物酶活性,分别加入具有双邻苯二酚基团的DA及其衍生物LDA,可大大增强其过氧化物酶活性。由此建立了一种催化功能增强型比色法,在磁分离的作用下检测尿液中的DA和LDA,检测限可分别低至8.0 nM和5.0 nM。(2)开发了一种无金属聚合物纳米酶,并利用其类过氧化物酶活性,发展了一种催化功能抑制型比色法,用于检测血清中的肝素(第三章)。采用室温下一锅法共价偶联生成聚乙烯亚胺(PEI)-3,4-二羟基苯甲醛(DHB)NPs,发现带负电的肝素可通过静电吸引作用力与带正电的PEI-DHB NPs紧密结合,从而抑制其过氧化物酶活性。由此建立了催化功能抑制型比色法,实现了对血清中肝素的高灵敏检测,检测限可以低至2.5 nM。(3)开发制备了一种形貌及光催化活性可调的纳米光催化材料,并应用于可见光下催化纯水分解高效产H2O2(第四章)。采用超分子自组装路线,掺入不同比例的碳氮量子点(CNQDs),制得了CNQDs@三聚氰胺(MA)-银(CNQDs@MA-Ag)介孔纳米复合材料。意外地发现,该材料可随着CNQDs掺入量的不同呈现出不同的形态(如纳米线、纳米花和纳米片)。特别是,不同形貌的催化材料表现出不同程度的可见光催化活性;其中,具有松果状结构的CNQDs@MA-Ag(含30%的CNQDs)具有最强的可见光下催化水分解产H2O2能力,比应用单纯CNQDs催化产H2O2效率高十倍以上,达到39.82μmol·g-1 h-1。(4)采用可控的超分子自组装途径,制备了CNQDs@MA-Ag纳米复合材料,并利用其具有的过氧化物酶催化和光催化的双催化功能,实现了对环境废水中汞的催化解毒、灵敏检测和吸附去除(第五章)。实验发现,制备的纳米复合材料具有特异性Hg2+增强的酶催化活性,由此建立了一种纳米催化型比色法,用于检测废水中Hg2+,检测限低至0.050 nM。同时,发现该材料还能通过光催化水解产H2O2,实现对单质汞的催化解毒。此外,以介孔CNQDs@MA-Ag作吸附剂,实现了对汞的吸附脱除,脱除效率达89.5%。
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