石墨烯基复合材料的制备及其类过氧化物酶活性的研究

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天然酶是一种蛋白质,其分子由几百个氨基酸组成,具有很高的催化活性。但是,其昂贵的价格及容易失活的特性限制了酶的广泛应用,因此,制备一些稳定性好且价格低廉的模拟酶来取代天然酶是未来催化反应的一个趋势。其中,已报道一些纳米材料具有类过氧化物酶性能并用于过氧化氢的检测。然而,与天然的辣根过氧化物酶相比,单独纳米材料的催化性能还有待进一步提高。本文制备了石墨烯基的纳米三元复合材料,并研究了其过氧化物模拟酶的性能,主要研究结果如下:  1.石墨烯的制备与表征:本文主要采用改进的Hummers法,将天然石墨氧化得到氧化石墨烯水溶液,并在氨水和水合肼共同作用下将氧化石墨烯还原。该方法制备的石墨烯可以完全分散在水中,且所得石墨烯大部分为单层,经观察其尺寸大小为200~800 nm,氧化石墨烯表面含有大量含氧基团,经水合肼和氨水作用后表面含氧官能团数量减少;  2.石墨烯-血红素-纳米金复合材料(H-RGO-Au)的制备:利用π-π作用在石墨烯表面修饰血红素(Hemin),得到石墨烯-血红素的二元复合材料,然后在二元材料表面原位还原氯金酸,最终得到三元复合材料。H-RGO-Au中石墨烯(RGO)、血红素(Hemin)及纳米金(Au)的含量分别为57%、11%及32%,且金纳米粒子的尺寸大小为8±3 nm;  3.H-RGO-Au的过氧化物模拟酶的性能研究:H-RGO-Au的催化活性比单独的RGO、Hemin和Au及其中任意两组分形成的复合材料高,是辣根过氧化物酶的1.8倍。H-RGO-Au催化的最适pH值为4,最适温度为30℃;利用H-RGO-Au构建的过氧化氢传感器检测限可以达到5nM,在不同水样中检测过氧化氢也证实具有较高的灵敏度、准确度和精确度;  4.H-RGO-Au高效催化分解过氧化氢的机理探讨:H-RGO-Au的催化活性比RGO、Hemin及Au三组分加和还高,也比三组分简单的混在一起的催化活性高,这主要归因于三组分之间的协同作用以及石墨烯和纳米金加快了催化剂表面电子的转移速度。
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