[发明专利]石墨烯-血红素及纳米金三元复合材料及制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及过氧化氢催化剂，尤其是涉及一种石墨烯‐血红素及纳米金三元复合材料及制备方法与应用。

背景技术

H₂O₂作为一种重要的化工产品，兼具杀菌漂白、氧化和消毒等多种功效，其应用十分广泛，所以对过氧化氢的高效催化分解在生物制药、食品科学、工业分析、环境监测和临床化学等领域具有非常重要的意义。石墨烯是一种二维的单原子层材料，sp²碳原子紧密排列成蜂窝状（Science,2004,306:666-669;Nature Materials,2007,6:183-191）。其具有非常大的比表面积(Nano Letters,2008,8:3498-3502)及中心π电子体系(Nature,2006,442:282-286)。血红素，是（血红蛋白）分子上的主要稳定结构，为血红蛋白、肌红蛋白等的辅基。其可以作为过氧化物酶来使用，但是效率不高(Analytical chemistry,1992,64:517-522)。纳米金具有良好的生物相容性，其可用作过氧化物酶，但催化活性差(Chemical Communications,2010,46:8017-8019)。将以上三者中任意二元复合都有协同效应(Angewandte Chemie,2012,124:3888-3891;Nanotechnology,2007,18:265704;Advanced Materials,2013,25:2594-2599)，但是催化分解活性仍不理想，且制备步骤复杂，实验不易重复，这也限制了它的使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯‐血红素及纳米金三元复合材料及其制备方法

本发明的另一目的在于提供石墨烯‐血红素及纳米金三元复合材料在制备降解过氧化氢试剂中的应用。

所述石墨烯‐血红素及纳米金三元复合材料按质量百分比的组成为：石墨烯40%～50%，血红素20%～30%，纳米金20%～40%，总量为100%。

所述石墨烯‐血红素及纳米金三元复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1）用石墨粉为原料，加入硝酸钠、硫酸和高锰酸钾，混合后，反应，直至形成粘稠的混合物；

2）在步骤1）得到的混合物中第一次加入水，继续反应，再第二次加入水后终止反应，得到氧化石墨混合液；

3）在步骤2）得到的氧化石墨混合液中加入过氧化氢溶液，用以除去未反应的高锰酸钾，再经抽滤，洗涤，离心，干燥得到氧化石墨烯；

4）将步骤3）得到的氧化石墨烯与血红素混合于水溶液中，加热后，将所得溶液过滤，烘干，得石墨烯-血红素二元复合材料；

5）将步骤4）所得的石墨烯-血红素二元复合材料溶解于水中，再加入氯金酸和抗坏血酸，即得石墨烯-血红素及纳米金三元复合材料。

在步骤1）中，所述石墨粉、硝酸钠、硫酸和高锰酸钾的配比可为石墨粉1～10g、硝酸钠1～10g、硫酸23～230mL、高锰酸钾3～30g，其中，石墨粉、硝酸钠和高锰酸钾以质量计算，硫酸以体积计算；所述硫酸的体积百分比浓度可为70%～90%；所述反应的温度可为20～50℃，反应的时间可为30～80min。

在步骤2）中，所述第一次加入水的用量与硫酸的用量的体积比可为（10～80）∶（2.3～23）；所述反应的温度可为80～100℃，反应的时间可为3～6h；所述第二次加入水的用量与硫酸的用量的体积比可为（4～40）∶（2.3～23）。

在步骤3）中，所述过氧化氢溶液的加入量与硫酸的体积比可为（0.3～3）∶（2.3～23），所述过氧化氢溶液的质量分数可为30%。

在步骤4）中，所述氧化石墨烯与血红素的质量比可为（2～8）∶（1～4）；所述加热的条件可在40～80℃下加热3～6h。

在步骤5）中，所述石墨烯-血红素二元复合材料、氯金酸和抗坏血酸的配比可为（10～50）mg∶（1～5）mL∶（50～100）mg，其中，石墨烯-血红素二元复合材料和抗坏血酸按质量计算，氯金酸按体积计算。

所述石墨烯-血红素及纳米金三元复合材料可作为降解过氧化氢试剂，用于水体中过氧化氢的降解。用法如下：

将石墨烯-血红素及纳米金三元复合材料作为降解过氧化氢试剂和指示剂3，3’，5，5’-四甲基联苯胺（TMB）加入到含有过氧化氢的水体中，然后在紫外分光光度计下进行等时间间隔的光谱扫描，在波长652nm处获得指示剂3，3’，5，5’-四甲基联苯胺（TMB）氧化产物的最大吸收峰，证明过氧化氢已被分解。