贵金属-氧化铁纳米复合材料的构筑及其类过氧化物酶活性研究

Based upon the controlled synthesis of nanocomposites and the great challenge brought by the need of peroxidase mimics, an electrospinning route combined with sol-gel, liquid reaction, hydro/solvothermal or calcination technique is proposed to synthesize various noble metal-iron oxide nanostructured composites (such as solid, hollow or core-shell nanofiber, nanobelt or fiber membrance ). The peroxidase-like activity of the as-synthesized sample is estimated with 3,3',5,5'-tetramethylbenzidine (TMB) and H2O2 as the substrates to investigate the relationship between the peroxidase-like activity and the morphology, size or specific area. The purpose of this project is to explore a way to improve the peroxidase-like activity, stability and recycling rate of the nanocomposite by decorating noble metal. By investigating the mechanism of the peroxidase-like activity of the as-prepared sample, we hope to search a way to improve its activity, which will provide a new procedure to prepare peroxidase mimics and give a promotion for their development.

基于纳米复合材料控制合成以及对过氧化物模拟酶的需求带来的挑战和机遇，我们采用静电纺丝结合溶胶-凝胶、液相法、水/溶剂热或者烧结等技术控制合成多种贵金属-氧化铁纳米结构复合材料(如实心、空心、核-壳结构的纳米纤维/带及纤维膜等)；以3,3′,5,5′-四甲基对二联苯胺(TMB)和H2O2为底物，测试其类过氧化物酶活性，探索材料的形貌、尺寸及比表面积与类过氧化物酶活性的关系。本项目提出通过贵金属纳米颗粒复合氧化铁制备纳米结构材料来提高产品的活性、稳定性及重复利用率；研究复合材料类过氧化物酶活性的发生机理，从本质上寻找提高材料类过氧化酶活性的途径，为过氧化物模拟酶的制备提供了新的思路，从而促进纳米材料模拟酶的发展。

过氧化物酶是广泛存在于生物体内的一类氧化还原酶，在生命活动过程中，主要参与催化生物体内的过氧化物分解，是生物防御体系的关键酶之一。天然过氧化物酶的结构复杂、价格昂贵以及它对热敏感、稳定性差和来源有限等缺点限制了它的规模开发和利用，因此制备高活性、高稳定性、易分离以及价格低廉且容易运输的过氧化物模拟酶具有重要研究意义。本研究中我们设计反应体系，制备了一维磁性四氧化三钴微米带，通过改变实验参数调节了微米带的宽度以及组成颗粒的大小，研究了不同微米带的类过氧化物酶活性,结果表明微米带表现出内在的类过氧化物酶活性，并且具有较小组成颗粒及较高比表面积的微米带具有较高的类过氧化物酶活性；在该研究的基础上，我们通过改变前驱体中硝酸钴的浓度以及煅烧条件制备了管状的四氧化三钴，管状四氧化三钴表现出较颗粒好的类过氧化物酶活性以及活化过硫酸盐(PMS)降解2,4-二氯苯酚的能力；我们还采用水热-溶剂热制备了四氧化三钴立方块和纳米片，研究了不同暴露晶面对其类过氧化物酶活性以及气敏性质的影响，结果表明作为过氧化物模拟酶，晶面的离子对数量对催化活性起到主要作用；而作为气敏材料，晶面对特定分子的吸附对气敏性质起到主要作用。此外，我们通过复合贵金属颗粒，制备了银纳米颗粒复合的氧化铁纤维、银纳米颗粒复合的四氧化三钴纤维以及银纳米颗粒复合的球状氧化铁，结果表明少量银的复合能够较好地提高材料的类过氧化物酶活性和稳定性。总之，我们通过制备一系列过氧化物模拟酶，研究了材料组份及形貌对其性能的影响，同时探索了材料发生类过氧化物酶活性的机理，为过氧化物模拟酶的设计及发展提供了一定的理论支持和实验数据。