经过修饰和掺杂或具有特殊形貌结构的碳材料,具有比单纯碳材料更丰富的表面化学特征,在能源、生物分析以及生物医药领域有着更广泛的应用。在众多掺杂元素中,氮元素以其相似的原子尺寸,更高的电子密度,在碳材料的掺杂改性中的应用最为普遍。模板法合成碳材料,能在产物中保留模板的结构特征,可以合成出具有特殊表面形貌或内部微结构的材料,是理性设计和制备特殊形貌结构碳材料的实用方法。纳米酶是指既具备纳米材料特征又具有酶学特性的功能材料,它克服了天然酶易失活变性和制备提取困难等弱点。关于纳米酶的研究在短短十几年间形成指数式的增长,使纳米酶成为一个年轻而富有活力的研究领域。碳基纳米酶是纳米酶领域的一个重要组成部分,已经开发出的碳基纳米酶囊括了多种立体结构和类酶活性,如最早研究的具有类超氧化物歧化酶(SOD)活性的零维富勒烯,具有类过氧化物酶(HRP)活性的一维碳纳米管和二维石墨烯等。本论文用模板法直接合成出氮元素掺杂的类石墨烯碳材料,并对其类HRP酶活性做了详细研究,成功将其应用于双氧水、葡萄糖和抗坏血酸的检测。(1)本论文以天然黏土矿物蒙脱土(MMT)为硬模板,高氮碳比的聚乙烯亚胺(PEI)同时为碳源和氮源,利用两者相反的带电性质,组装合成出具有类石墨烯形貌特征的氮掺杂碳材料。通过X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱、傅里叶转换红外光谱(FTIR)等对材料进行表征,证明了所得材料为具有二维片状结构的类石墨烯碳材料,该材料含碳、氧、氮三种元素,并且具有较高的氮含量(4.65-7.53%)。通过调控PEI的分子量和合成过程的锻烧温度,发现以600分子量的PEI为碳源,在600 ℃锻烧下获得的产物(即:CP600-6)具有最高的类HRP酶活性;进一步对其模拟其它酶如氧化酶、过氧化氢酶和超氧化物歧化酶的类酶活性进行研究,发现其具有专一的类HRP酶活性。在催化机理的研究中,发现其类酶活性是通过催化双氧水产生羟基自由基,进一步氧化底物而实现的。(2)以类HRP酶活性最佳的CP600-6为例,进一步对其酶活性做深入研究。首先,验证了CP600-6具有内在的类HRP酶活性,能催化经典的底物如3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)、2,2’-联氮-双-3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸(ABTS)和1,2-苯二胺(OPD)等,其催化活性依赖于底物浓度和催化剂浓度,并且随pH和温度改变而变化。接着,对CP600-6做酶促动力学研究,发现其具有很高的Vmax值,这说明其具有较好的类HRP酶活性;与天然的HRP相比,CP600-6对TMB表现出更高的亲和力。最后,将CP600-6用于双氧水、葡萄糖和抗坏血酸的检测,双氧水的线性检测范围为20-200 μM,检测限为15 μM;葡萄糖的线性检测范围为10-100μM,检测限为10μM;抗坏血酸的线性检测范围为8-80 μM,检测限为8 μM。