石墨烯改性TiO2光催化再生辅酶及[Cp*Rh(bpy)(H2O)]2+前体的固定化

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NAD(H)是一种广泛存在的吡啶核苷酸辅酶,协助氧化还原酶完成催化作用。然而,由于辅酶按计量比消耗、花费高,使得氧化还原酶的应用受到很大限制。辅酶再生的研究不仅能拓展生物催化的范围,降低生物催化过程的成本,而且可简化产物的分离操作,有利于酶促反应向正反应方向进行,因此,对辅酶进行有效再生具有重要意义。首先,研究了纳米TiO2的分散条件和对NAD+和NADH的吸附性能。结果表明:磁力搅拌的时间和转速对低浓度纳米TiO2颗粒在水中的分散有一定影响,400 r/min搅拌15 min可达到稳定,而对高浓度体系影响不大。TiO2对NAD+和NADH基本无吸附作用。其次,采用水热合成法成功合成了RGO-TiO2复合催化剂,并用XRD和FTIR进行了表征,研究了其用于光还原辅酶NAD+的催化性能和影响因素。使用RGO-TiO2复合催化剂的体系的反应速率和转化率与TiO2接近,明显优于GO和TiO2的混合物;RGO-TiO2的配比对催化性能无明显影响;在EDTA-Na2-NaOH反应介质中,最佳pH为7.0;[Cp*Rh(bpy)(H2O)]2+的加入可以极大提高反应速率,缩短达到化学平衡所需要的时间,最佳浓度为0.25 mM,NAD+的转化率最高可达94%;[Cp*Rh(bpy)(H2O)]2+的活性随贮存时间延长而衰减,贮存43天后,再生NADH的反应速率仅为贮存18天时的50%。RGO-TiO2和TiO2在可见光下的催化活性极低。由于光催化过程中电子媒介物[Cp*Rh(bpy)(H2O)]2+起着重要作用,但其昂贵且不易分离,因此,以TiO2为载体,研究了TiO2的表面改性和[Cp*Rh(bpy)(H2O)]2+前体的固定化。FTIR分析表明,3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)成功接枝在TiO2表面。TGA结果显示,在APTES用量为0.5 mL情况下,TiO2的加入量为0.15 g时,接枝率较高,约为2%。进一步地,将[Cp*Rh(bpy)(H2O)]2+前体5-氨基-1,10-邻二氮菲通过戊二醛偶联到APTES改性的TiO2表面,为进一步制备TiO2负载的[Cp*Rh(bpy)(H2O)]2+提供了基础。
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