受生物启发的电纺丝微纳米催化制氢膜电极研究

[FeFe]-氢化酶是一种能可逆而快速催化质子还原和氢气氧化的金属酶。本项目拟将电纺丝技术应用到 [FeFe]-氢化酶的模拟研究中，即将[FeFe]-氢化酶的二铁羰基模型化合物有机地分散到电纺丝液中构建制氢催化膜电极。具体研究内容包括：合成具有良好亲水性的[FeFe]-氢化酶模型化合物或以模型化合物功能化的聚合物；用电纺丝技术将模型化合物或功能化聚合物纺成微纳米级膜材料以构建催化质子还原膜电极；然后用电化学方法研究膜电极的电化学性能、质子催化还原特性；研究纺丝材料组成、纺丝材料的三维结构与金属中心在膜中的稳定性、膜的物理、化学性质以及电化学性能之间的构效关系，探索其中的科学规律用以指导将来更为深入的研究工作。本研究项目对推动[FeFe]-氢化酶模拟研究的深入开展，将这种受生物启发的新型制氢材料研究工作朝着具有实用性的方向推进有实际意义。

为解决用[FeFe]-氢化酶模型化合物制备催化电极的问题，利用电纺丝技术将模型化合物功能化的聚合物纺成微纳米纤维修饰于电极表面，构建制氢催化电极，利用电纺丝技术制备微纳米级纤维材料构建制氢催化电极还未见报道。由于电纺丝微纳米材料具有可控结构的优点，用模型化合物功能化的聚合物电纺丝制成的催化电极在稳定性、催化性能等方面得到极大改善，以此构建的电化学界面有利于催化物质的稳定和降低质子还原的阻力。这对于促进[FeFe]-氢化酶模拟研究，使受生物启发的催化制氢材料朝着实用方向前进有实际意义。.通过文献调查可以发现，环境安全、食品质量以及人体健康是非常值得人们注意的。目前国内外通常检测相关物质的方法主要是液质联用色谱法、气相色谱法、分光光度法、固相萃取法等，而这些方法非常繁琐，所需的样品处理时间也较长。基于以上问题，静电纺丝分子印迹材料为检测分析这些物质提供了一种更为方便、快捷、高效的样品前处理方法。将分子印迹技术与静电纺丝方法结合起来，再将新型纳米材料应用其中，显著提高了制备的分子印迹材料的选择性、稳定性等，成功实现了对相关物质的检测识别。.主要工作总结如下：.（1）成功设计并构建了一个受[FeFe]氢化酶启发的膜催化电极，它是由醋酸纤维素，聚乙烯吡咯烷酮，功能化碳纳米管和模型化合物Fe2组成，通过电纺丝技术来制备。结果显示，在少量醋酸的存在下，它能在水中催化质子转换成氢气；所制备的膜电极相比已报导的催化电极，在稳定性方面有了极大的提高。同时合成了三个模型化合物并组装为三种膜电极，所制备的三种模型化何物和膜采用红外光谱，核磁共振，热重分析，扫描电镜等进行了表征。分别对三个膜电极的水溶液中电化学进行了研究。.（2）采用静电纺丝法制备了尼龙6纳米纤维膜，结合固相萃取技术-液相色谱法检测了市售辣椒粉样品中的罗丹明B的含量。在最优条件下，研究了纳米纤维膜对罗丹明B及其他色素的吸附性能，膜的吸附量与浓度呈线性关系，最大吸附量为5.02μg/mg。.（3）采用静电纺丝技术对添加了罗丹明B的醋酸纤维素溶液进行纺丝，可以得到纤维直径在100～300nm的无纺布膜，经过处理后，印迹膜比空白膜对罗丹明B有更好的选择吸附性能。.（4）将静电纺丝技术与具有电化学活性纳米材料结合，制备了PB/PVDF纳米纤维，用于电化学检测过氧化氢和多巴胺，具有宽的线性范围和低的检测限。