二维卟啉MOFs对染料的吸附和仿酶催化研究

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卟啉是由四个吡咯通过亚甲基相连而形成的共轭大环化合物,因其特殊的化学结构和光电特性而被广泛地应用于生物、化学以及物理领域。而卟啉金属有机骨架材料是一类新型多孔材料,既有MOFs的大比表面积,高孔隙率等结构特点,又具有卟啉的化学特性,因此表现出良好的气体储存、选择性吸附、催化、光捕获和分子传感等性能,引起了人们的广泛关注。本文以卟啉为基本构筑单元,与Cu金属位点形成两种二维MOFs材料,详细研究了其用作吸附剂和仿酶催化剂在染料处理方面的应用。首先采用溶剂热法合成了四羧基苯基铜卟啉CuTCPP MOFs,借助二维MOFs材料的高比表面积和高孔隙率,考察了CuTCPP MOFs纳米片对以罗丹明B(Rh B)为模板的染料的吸附性能,利用紫外和荧光分光光度法对二维MOFs与Rh B的结合机理进行了深入的研究。研究表明CuTCPP MOFs纳米片是Rh B的高效吸附剂和荧光猝灭剂,且猝灭机制为静态猝灭,即CuTCPP MOFs纳米片与Rh B形成了复合物,甚至发生了高阶聚集,二者的结合常数为3.953×103 M-1。热力学研究表明其相互作用是自发的过程,受静电和疏水力的驱动。将四羧基苯基铁卟啉FeTCPP作为有机配体,采用溶剂热法合成具有过氧化物酶活性的Cu-FeTCPP MOFs,通过四甲基联苯胺TMB的显色反应证明了Cu-FeTCPP MOFs的类酶活性,可以催化H2O2分解为羟基自由基(·OH),进而氧化TMB。优化反应条件后,采用酶促反应动力学拟合得到了其米氏常数Km,与FeTCPP和三维Cu-FeTCPP MOFs相比,二维Cu-FeTCPP MOFs纳米片的Km值最小,与底物的亲和力最好,酶活性最高。利用二维Cu-FeTCPP MOFs与TMB构建了H2O2检测比色传感体系,该体系在H2O2浓度为5.0-1000.0μM范围均具有极佳的线性检测范围,检测限LOD为2.09μM。随后用Cu-FeTCPP MOFs纳米片对刚果红染料进行催化降解,表现出良好的催化降解性能。采用二次生长的方式将Cu-FeTCPP MOFs纳米片耦合在改性后的PET膜上,并进行了仿酶催化催化性能研究,为催化与膜过程的结合奠定了基础。
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