自然界一切生命现象都与酶的参与有关。由于酶具有催化效率高、专一性强、立体选择性好和作用条件温和等特点,在医药、化工、食品和农业等领域应用广泛。然而,天然酶存在一些固有的缺点,如稳定性差,易受外界环境变化而失活,不易保存和制备等。因而,模拟酶的研究便应运而生。近年来,人们开发并利用了一系列卟啉类模拟酶、冠醚、环糊精及杯芳烃等主体试剂模拟酶、印迹高分子模拟酶、膜体系及单核和双核配合物模拟酶等,取得长足的发展。由于纳米技术的高速发展,使得纳米材料因其尺寸相关性质在催化研究领域应用广泛。一直以来,纳米粒子的模拟酶催化活性不为人所发现。自2007年四氧化三铁纳米粒子被发现具有内在的过氧化物模拟酶特性以来,纳米粒子作为模拟酶的研究备受人们关注,相继开展了诸如CoFe2O4、Fe2O3、FeS等磁性纳米粒子、二氧化铈纳米粒子、金属纳米粒子、碳纳米材料等纳米微粒模拟酶的相关研究工作。基于此,本文就开发和研究新的纳米材料过氧化物模拟酶、构建复合纳米材料以增强过氧化物模拟酶催化活性以及过氧化物模拟酶在化学发光分析和比色传感的应用研究三个方面开展研究工作。论文共分为七章：第一章：文献综述。主要是近年来关于纳米材料作为模拟酶的研究进展。第二章：本章发现多壁碳纳米管(MWCNTs)具有内在的过氧化物模拟酶催化活性,能够快速催化TMB-H2O2显色反应,产生鲜艳的蓝色。X射线能谱分析结果及反应动力学试验表明MWCNTs过氧化物模拟酶催化活性并不源于其内含的金属杂质,而是MWCNTs本身固有的性质。与天然酶HRP及其它已报道的纳米微粒模拟酶一样,MWCNTs的催化活性强烈依赖于pH、温度和过氧化氢浓度,相应的各优化条件分别为pH4.0、30℃和100mM。稳态动力学分析结果表明MWCNTs催化行为符合典型的Michaelis-Menten动力学模型,其催化机理遵循乒乓机理。MWCNTs相对于底物TMB表观米氏常数Km TMB为0.077mM,低于HRP相对于TMB的(0.434mM),表明MWCNTs对TMB的亲和力比HRP的要强。MWCNTs相对于H202的米氏常数为33.1mM,亲和力要优于Fe304磁性纳米粒子。相对于HRP,MWCNTs化学稳定性高,而且价格便宜。基于MWCNTs的催化活性对过氧化氢浓度具有依赖性,我们建立了一种简单、廉价、灵敏和高选择性的比色检测过氧化氢和葡萄糖的方法。第三章：本章我们证明Fe3O4-MWCNTs复合纳米材料具有高效的过氧化物模拟酶催化活性,且比单一的纳米粒子的催化活性要强。通过负电荷的羧基化MWCNTs和正电荷的PDDA-Fe3O4磁性纳米粒子之间强的静电作用制备Fe3O4-MWCNTs复合纳米材料,并通过XRD和TEM等手段进行表征。复合纳米材料高的催化活性主要归功于Fe304磁性纳米粒子和MWCNTs的协同催化效应。MWCNTs本身具有的过氧化物模拟酶催化活性以及大的比表面积,对底物的强烈吸附富集作用,增大复合纳米材料表面底物局部浓度,从而加快催化速度。此外,MWCNTs的分散作用,使Fe3O4磁性纳米粒子分散性提高,增大催化活性。同时,我们利用复合材料高效的过氧化物模拟酶催化活性,高灵敏地比色测定过氧化氢和葡萄糖。测定过氧化氢的线性范围为2×10-6-6×10-5molL-1,检出限可达2×10-6mol L-1。耦合葡萄糖氧化酶催化溶解氧氧化葡萄糖化学反应,可选择性、高灵敏度地测定葡萄糖。测定葡萄糖的线性范围为3×10-6-6×10-5mol L-1,检出限可达3×10-6mol L-1。结果表明,Fe3O4-MWCNTs纳米复合材料可作为一种高效的过氧化物酶的替代物,可用为生物传感器和环境化学发挥潜在的应用价值。第四章：本章将Co3O4纳米粒子通过水热法成功负载于还原型氧化石墨烯表面,并通过FT-IR、XRD、SEM和TEM对Co3O4-RGO进行表征。研究了影响Co3O4-RGO复合纳米材料过氧化物模拟酶催化活性的影响因素,如pH、温度和过氧化氢浓度等,并与未负载的Co3O4进行比较。结果表明,Co3O4-RGO复合纳米材料具有比未负载的Co3O4纳米粒子要高的过氧化物模拟酶催化活性。从ESR光谱数据得出Co3O4-RGO复合纳米材料催化过氧化氢分解,产生羟基自由基能力最强,从而活性最高。最后,构建了过氧化氢和葡萄糖高灵敏高选择性的比色传感分析方法。同时,Co3O4-RGO复合纳米材料高效的过氧化物模拟酶催化活性可以构建其它生物传感及环境污染物降解。第五章：本章通过水热法合成了尖晶石型的Co3O4纳米粒子,并通过FT-IR、XRD、SEM和TEM对Co3O4纳米粒子进行表征。化学动力学和化学发光光谱结果表明Co3O4纳米粒子能极大催化增敏luminol-H2O2弱化学发光体系。我们推断化学发光信号的增强可能依赖于Co3O4纳米粒子催化过氧化氢分解产生的自由基和化学发光体系中电子转移过程。由于过氧化氢浓度与Co3O4纳米粒子的催化活性的相关性,建立了一种简单、灵敏和相对好的选择性的化学发光分析测定环境水样中过氧化氢。耦合葡萄糖氧化酶催化反应,则可建立间接测定葡萄糖的化学发光分析法。在最佳实验条件下,H2O2的线性范围为1.0×10-8-1.0×10-5molL-1,检出限为1.1×10-9mol L-1。葡萄糖的线性范围为1.0×10-7.1.0×10-5mol L-1,检出限为8.0x10-8mol L-1。试验结果表明,该法能成功用于雨水中过氧化氢和血清样品中葡萄糖的测定。该法可应用于测定其它酶催化生物分子,如胆固醇、尿酸和乳酸等。第六章：本章我们利用V205纳米线的过氧化物模拟酶催化活性催化增强luminol-H2O2化学发光并应用此催化体系测定过氧化氢和葡萄糖。紫外可见吸收光谱和化学发光光谱结果得出此体系的化学发光体仍旧是3-氨基邻苯二甲酸阴离子,表明luminol-H2O2体系化学发光强度的增强仅是来源于V205纳米线的内在的催化活性。电子自旋共振光谱为V205纳米线高效增强luminol-H2O2化学发光体系提供了直接的证据,V205纳米线催化过氧化氢分解,产生羟基自由基和超氧自由基,产生的活性氧自由基诱导luminol产生激发态3-氨基邻苯二甲酸阴离子自由基,当返回到基态时,产生发光。在最佳实验条件下,H202的线性范围为1.0×10-9-1.0×10-5molL-1,检出限为5.0×10-10mol L-1。当耦合葡萄糖氧化酶催化氧化葡萄糖,可高灵敏地测定葡萄糖。实验发现,对葡萄糖的线性范围为5.0×10-8-1.0×10-5molL-1,检出限为1.0×10-9mol L-1。试验结果表明,该法能成功用于雨水中过氧化氢和血清样品中葡萄糖的测定。第七章：本章研究氧化石墨烯对luminol-H2O2化学发光体系的催化作用,进一步验证氧化石墨烯的过氧化物模拟酶催化活性。同时,由于尿酸是羟基自由基良好的猝灭剂,与luminol竞争活性氧中间体,从而导致luminol-H2O2化学发光体系化学发光强度下降,则可利用此催化发光体系选择性测定尿酸。对尿酸的测定灵敏度可达1ng mL-1,且能较好用于人体中尿液尿酸的准确测定。同时我们采用原子力显微镜(AFM)、 X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)和傅立叶变换红外光谱仪(FT-IR)对氧化石墨烯进行一系列表征。研究了luminol溶液pH、luminol浓度、过氧化氢浓度和氧化石墨烯浓度对化学发光体系的影响。此外,我们还通过化学发光动力学、荧光光谱、紫外可见吸收光谱等探索了氧化石墨烯催化luminol-H2O2化学发光体系的反应机理,氧化石墨烯大的比表面积以强的电荷转移能力加速luminol-H2O2化学发光体系中电子传递过程以及过氧化氢产生羟基自由基的能力,从而增强luminol体系的化学发光。加入尿酸,与产生的活性氧自由基发生反应,导致化学发光强度的降低。