MOFs衍生复合材料的制备及其仿真催化性能研究

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本文主要研究了铁基金属-有机骨架材料衍生复合物的制备及其模拟过氧化物酶性质。  天然过氧化物酶是一类在生物体系中广泛存在的酶蛋白,由于过氧化物酶具有高效性、专一性等特点,在医学、生物、环境分析等领域应用广泛。然而,天然酶在应用时也存在着诸多缺点,如稳定性差、易因环境变化而失活、储存和提纯难。所以纳米材料模拟过氧化物酶逐渐成为研究热点。金属-有机骨架材料(MOFs)是近几年发展迅速的一种多孔材料,具有高的比表面积、规则且可调控的孔道、多样化的骨架结构等优良的化学物理特性,因此成为设计生物酶模拟体系中的理想材料。  本文合成了四种Fe(Ⅲ)-MOFs材料MIL-n(n=101、53、100、88A),通过控制煅烧条件制得不同的MOFs衍生复合材料,包括磁性介孔碳(FeOx-C)、氧化铁颗粒(Fe2O3)、赤铁矿纳米粒子与MOFs的复合材料(α-Fe2O3@MOFs)和四氧化三铁磁性颗粒(Fe3O4)。以3,3,5,5-四甲基联苯胺(TMB)、邻苯二胺(OPD)为酶底物研究了Fe(Ⅲ)-MOFs及其衍生复合材料的过氧化物酶催化活性,结果表明所制得的MOFs衍生复合材料具有优异的过氧化物酶活性。  通过研究发现MIL-100(Fe)的衍生复合材料α-Fe2O3@MIL-100、Fe3O4具有较高的过氧化物酶催化活性。分析比较了pH、温度、H2O2浓度等条件对MIL-100及其衍生复合材料催化能力的影响,结果显示它们的最适温度为40℃、最适pH=4。模拟过氧化物酶的酶促反应动力学分析结果表明MIL-100及其衍生复合材料催化行为符合典型的Michaelis-Menten动力学模型;α-Fe2O3@MIL-100对底物H2O2、TMB的米氏常数Km均低于MIL-100、Fe3O4的Km值,说明α-Fe2O3@MIL-100对底物H2O2、TMB的亲和力强。  将MIL-100(Fe)及其衍生复合材料应用于染料亚甲基蓝(MB)的催化降解,在80℃条件下α-Fe2O3@MIL-100(0.05 mg/mL)14 min即可使亚甲基蓝(MB)完全降解,较MIL-100和Fe3O4具有更强的酶催化降解能力,在环境的修复方面表现出巨大的应用潜力。
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