[发明专利]一种具有高类过氧化物酶活性的氮硼共掺杂石墨烯纳米带材料及其制备方法

说明书

一种具有高类过氧化物酶活性的氮硼共掺杂石墨烯纳米带材料的制备方法，包括：采用多壁碳纳米管在浓硫酸存在条件下搅拌12h，加入高锰酸钾加热搅拌4h，抽滤洗涤得到产品氧化石墨烯纳米带；氧化石墨烯纳米带、尿素、硼酸以不同的比例进行两步水热法合成不同掺杂量的NB‑GNRs。合成的NB‑GNRs具有与天然酶辣根过氧化物酶相似的活性，并且由于氮硼元素的协同作用，合成的NB‑GNRs比未掺杂和单掺杂的石墨烯纳米带具有更高的类过氧化物酶活性。本发明的方法以多壁碳纳米管为前驱体，通过氧化纵向剥离合成石墨烯纳米带，再以两步水热法合成的NB‑GNRs具有较高的类过氧化物酶活性，两步水热法减少了低活性位点结构的生成。

技术领域

本发明涉及纳米酶，具体涉及一种氮和硼均匀分散的共掺杂的石墨烯纳米带的纳米酶的制备方法。

背景技术

纳米酶是表现出与天然酶类似活性的纳米材料，例如天然的辣根过氧化物酶可以被具有过氧化物酶活性的纳米材料所取代。相对于天然酶纳米酶具有价格廉价适合广泛生产和良好的稳定性等优点引起了广泛的关注。已报道的金属氧化物，贵金属和碳材料具有类过氧化物酶活性，但是其催化活性以及特异性不太理想，提高纳米酶的催化性能是非常必要的。参见：(a)Gao,L.；Zhuang,J.；Nie,L.；Zhang,J.；Zhang,Y.；Gu,N.；Wang,T.；Feng,J.；Yang,D.；Perrett,S.；Yan,X.Nat.Nanotechnol.2007,2,577-583；(b)Wu,J.；Wang,X.；Wang,Q.；Lou,Z.；Li,S.；Zhu,Y.；Qin,L.；Wei,H.Chem.Soc.Rev.2019,48,1004-1076；(c)Kim,M.S.；Cho,S.；Joo,S.H.；Lee,J.；Kwak,S.K.；Kim,M.I.；Lee,J.ACS Nano 2019,13,4312-4321。

碳基纳米材料特别是石墨烯(GO)是研究最早和最多的纳米催化材料之一，然而石墨烯纳米带是一种石墨烯衍生物，具有限域宽带、高电子输运性能和大比表面积等特点。化学掺杂能有效调节碳基纳米材料的表面结构和电学性质，在功能材料的合成中具有广阔的应用前景，目前研究发现杂原子掺杂可以增加催化活性位点，因此杂原子掺杂显著提高石墨烯材料的催化活性。参见：(d)Gong,Y.；Fei,H.；Zou,X.；Zhou,W.；Yang,S.；Ye,G.；Liu,Z.；Peng,Z.；Lou,J.；Vajtai,R.；Yakobson,B.I.；Tour,J.M.；Ajayan,P.M.Chem.Mater.2015,27,1181-1186；(e)Yan,H.；Wang,L.；Chen,Y.；Jiao,L.；Wu,Y.；Xu,W.；Gu,W.；Song,W.；Du,D.；Zhu,C.Research 2020,2020,1-11；(f)Chen,Y.；Jiao,L.；Yan,H.；Xu,W.；Wu,Y.；Wang,H.；Gu,W.；Zhu,C.Anal.Chem.2020,92,13518-13524。

石墨烯纳米带限域宽度边缘具有更多的含氧功能团，因此具有更高的类过氧化物酶活性；另一方面，杂原子掺杂具有协同作用，有效的提高了石墨烯纳米带的类过氧化物酶活性。因此通过两步水热法合成氮硼共掺杂石墨烯纳米带，减少低活性位点结构的形成。但是，目前关于氮硼共掺杂石墨烯纳米带材料的制备及其在作为纳米酶在生物传感领域还未见公开报道。因此，开发氮硼共掺杂石墨烯纳米带作为纳米酶具有重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种氮硼元素均匀分散的石墨烯纳米带，改善碳基纳米酶催化活性弱的问题，同时通过氮硼元素共掺杂改善石墨烯纳米带活性位点少的问题。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案具体如下：

一种具有高类过氧化物酶活性的氮硼共掺杂石墨烯纳米带材料的制备方法，包括：制备氧化石墨烯纳米带(GONRs)；以尿素为氮源与氧化石墨烯纳米带经水热反应合成氮掺杂石墨烯纳米带(N-GNRs)；硼酸与N-GNRs经水热反应合成具有高类过氧化物酶活性的氮硼共掺杂石墨烯纳米带材料(NB-GNRs)。