过渡金属纳米酶比色传感平台的构建及在环境分析中的应用

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工业和农业的快速发展使得环境问题日益突出,已对人类健康和生活造成严重的危害。因此,构建新的检测方法用于环境样品中污染物的分析具有重要意义。比色法因具有成本低、操作简单、分析速度快、可现场检测等优势被认为是一种有潜力的污染物检测方法。但是,该方法灵敏度低、选择性差等缺点限制了其广泛的应用。纳米酶是一类具有生物酶活性的纳米材料,其兼具纳米材料的可塑性和生物酶的催化活性,已被证实可在温和的条件下催化底物发生颜色变化并应用于比色传感。然而,提高纳米酶的活性、选择性以及明确催化机理仍是巨大的挑战。鉴于以上问题,本课题合成了三种具有类过氧化物酶活性的过渡金属基纳米材料,基于它们优越的类过氧化物酶活性构建了三种环境污染物的检测方法,具体工作如下:通过简单、绿色的一步水热法制备了Co Ni共负载的α-Fe2O3纳米颗粒(α-Fe2O3@Co Ni),并以TMB为显色底物验证了其优越的类过氧化物酶活性。然而,对苯二酚的加入对其酶活性具有明显的抑制作用,基于此,建立了对苯二酚的比色传感平台。该方法具有选择性高、响应速度快、检测范围宽(0.50-30μM)和检出限低(0.16μM)的优势,用于实际水样中对苯二酚的检测,拥有较好的回收率和精密度。以羧基化多壁碳纳米管(MWCN)为载体,硝酸锌和硝酸铁为金属源,2-甲基咪唑为配体合成MWCN/Fe Zn-NC单原子纳米酶。研究表明,材料中的Fe原子、MWCN和Zn-NC之间具有强烈的协同作用,使得所制备的MWCN/Fe Zn-NC具有优越的类过氧化物酶活性,Cr(VI)的加入进一步提高了其活性。基于此,建立了Cr(VI)的比色传感平台,该方法在0.1-15μM范围具有良好的线性(R~2=0.998),检出限仅为40 n M,用于护发产品和环境水样中Cr(VI)的检测具有较好的回收率和精密度。以硝酸锌为金属源,2-甲基咪唑为配体,加入硼酸引入硼原子,实现了硼掺杂Zn-N-C(Zn BNC)单原子纳米酶的可控合成,并发现其可以作为过氧化物酶模拟物。基于Zn BNC单原子纳米材料的类过氧化物酶活性建立了一种新的比色传感平台,实现了对苯二胺的高灵敏度,高选择性检测。该方法响应速度快,准确性高,选择性好,响应范围广(0.3-50μM),检出限低(0.1μM),将其应用于染发剂和环境水样中对苯二胺的检测,具有较好的回收率和精密度。
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