MOFs衍生复合材料的制备及其仿生催化性能研究

发布时间：2017-08-17 22:12

  本文关键词：MOFs衍生复合材料的制备及其仿生催化性能研究

  更多相关文章： MOFs衍生复合材料 MIL-100 模拟过氧化物酶活性 酶促反应 亚甲基蓝降解

【摘要】：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(Fe203)、赤铁矿纳米粒子与MOFs的复合材料(a-Fe2O3@MOFs)和四氧化三铁磁性颗粒(Fe304)。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a-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、H202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；a-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) 14min即可使亚甲基蓝(MB)完全降解,较MIL-100和Fe304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。
【关键词】：MOFs衍生复合材料 MIL-100 模拟过氧化物酶活性 酶促反应 亚甲基蓝降解
【学位授予单位】：天津工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB33
【目录】：

• 学位论文的主要创新点3-4
• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-24
• 1.1 生物模拟酶的研究及应用10-17
• 1.1.1 生物模拟酶的概述10-11
• 1.1.2 纳米材料模拟过氧化物酶11-14
• 1.1.2.1 铁磁性纳米粒子12-13
• 1.1.2.2 金属氧化物纳米粒子13
• 1.1.2.3 金属纳米粒子13-14
• 1.1.2.4 碳基纳米材料14
• 1.1.3 过氧化物模拟酶的应用领域14-17
• 1.1.3.1 比色检测和电化学传感14-15
• 1.1.3.2 催化降解有机污染物15
• 1.1.3.3 生化分析15-17
• 1.2 金属-有机骨架材料(MOFs)的概述17-22
• 1.2.1 金属-有机骨架材料(MOFs)的发展历程17-18
• 1.2.2 金属-有机骨架材料(MOFs)的合成方法18-20
• 1.2.2.1 溶剂热法18
• 1.2.2.2 微波法18-19
• 1.2.2.3 扩散法19
• 1.2.2.4 其他合成方法19-20
• 1.2.3 金属-有机骨架材料(MOFs)的应用20-21
• 1.2.3.1 气体储存与吸附20
• 1.2.3.2 催化方面的应用20-21
• 1.2.3.3 其他方面的应用21
• 1.2.4 金属-有机骨架材料(MOFs)模拟过氧化物酶的研究进展21-22
• 1.3 本课题的提出22-24
• 第二章 MOFs衍生复合材料的制备及其仿生催化性能研究24-42
• 2.1 实验部分25-28
• 2.1.1 实验药品25-26
• 2.1.2 实验仪器26
• 2.1.3 实验方法26-28
• 2.1.3.1 MOFs材料的合成26-27
• 2.1.3.2 MOFs衍生复合材料的制备27-28
• 2.1.3.3 模拟过氧化物酶活性的测定28
• 2.2 结果与讨论28-41
• 2.2.1 扫描电镜分析(SEM)28-32
• 2.2.1.1 MOFs材料的扫描电镜分析28-29
• 2.2.1.2 MOFs衍生复合材料的扫描电镜分析29-32
• 2.2.2 X-射线衍射分析(XRD)32-35
• 2.2.2.1 MOFs材料的XRD分析32
• 2.2.2.2 MOFs衍生复合材料的XRD分析32-35
• 2.2.3 模拟过氧化物酶的催化活性35-41
• 2.2.3.1 MOFs材料模拟过氧化物酶活性35-36
• 2.2.3.2 MOFs衍生复合材料模拟酶催化活性分析36-41
• 2.3 本章小结41-42
• 第三章 MIL-100及其衍生物的模拟过氧化物酶性质与应用42-64
• 3.1 实验部分43-48
• 3.1.1 实验药品43-44
• 3.1.2 实验仪器44
• 3.1.3 实验方法44-48
• 3.1.3.1 MIL-100(Fe)的合成44-45
• 3.1.3.2 MIL-100(Fe)衍生复合材料的制备45
• 3.1.3.3 材料的表征方法45-46
• 3.1.3.4 模拟过氧化物酶的性能研究46-48
• 3.1.3.5 亚甲基蓝(MB)的催化降解48
• 3.2 结果与讨论48-62
• 3.2.1 MIL-100(Fe)及其衍生复合材料的表征48-56
• 3.2.1.1 X-射线衍射分析(XRD)48-49
• 3.2.1.2 扫描电镜分析(SEM)附EDX49-50
• 3.2.1.3 红外光谱分析(FT-IR)50-51
• 3.2.1.4 热稳定性分析(TG)51-53
• 3.2.1.5 比表面积和孔隙结构分析(N_2吸附等温线)53-56
• 3.2.1.6 MIL-100衍生复合材料的磁性能分析56
• 3.2.2 模拟过氧化物酶催化活性的条件优化56-58
• 3.2.3 模拟过氧化物酶的酶促反应动力学研究58-60
• 3.2.4 亚甲基蓝(MB)的催化降解60-62
• 3.3 本章小结62-64
• 第四章 结论64-66
• 参考文献66-74
• 硕士期间发表论文情况74-76
• 致谢76

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本文编号：691349