[发明专利]一种硼掺杂锌基单原子纳米酶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种硼掺杂锌基单原子纳米酶及其制备方法和应用，属于纳米酶技术领域，本发明首次实现了硼掺杂Zn‑N‑C单原子纳米酶的可控合成，通过硼原子的引入改变了配位环境、改善了材料的亲水性，显著提高了类过氧化物酶的活性。同时，通过调节热解温度和加入的硼原子量，实现了ZnBNC单原子纳米酶的可控合成。更重要的是，本发明建立了一种灵敏、快速的对苯二胺检测方法，并实现了对染发后头发中对苯二胺的微量监测，显示出其在环境、工业和健康方面的广阔应用前景。

技术领域

本发明涉及纳米酶技术领域，具体涉及到一种硼掺杂锌基单原子纳米酶及其制备方法和应用。

背景技术

作为一种重要的化学原料和中间，对苯二胺(PPD)广泛应用于纺织业、高分子材料、化工制品以及染发剂等领域。染发剂是世界上应用最广的化妆品之一。据之前的报道，超过1/3的女性年前时染过头发，并将继续通过染发提升自我形象。作为染发剂中常用的化合物，PPD能穿透皮肤，进入血液，对人体有致突变性、致癌性和致敏作用。一些国家对化妆品中PPD的使用制定了严格的规定，将PPD的最高浓度限制在4％以下。因此，建立对苯二胺的准确检测方法具有重要意义。目前，几种分析方法被用于检测PPD，包括高效液相色谱、气相色谱法、气相色谱-质谱法、毛细管电泳法、电化学分析法、荧光光谱法和比色法等。在这些检测方法中，比色法因其操作简单、成本低、可现场检测而引起人们极大的兴趣。催化剂的活性以及氧化有机基质发生颜色变化是比色传感的关键挑战。据报道，天然酶具有很高的催化活性，在温和的条件下可用于比色检测。然而，天然酶的活性容易受到环境条件的影响，制备和纯化成本高以及固有的贮存困难等缺点，限制了其广泛的应用。人工纳米酶的成功制备克服了天然酶的缺点，在一定程度上可以替代天然酶，具有很大的应用前景。

人工纳米酶是一种具有生物酶活性的纳米材料，可以作为天然酶的理想替代品。自2007年Fe₃O₄纳米颗粒过氧化物酶活性的报道以来，已经发现数百种纳米材料具有类似酶的活性，包括：金属及其氧化物、碳基纳米材料和金属有机骨架等。虽然纳米酶的研究取得了一些进展，但由于传统纳米酶结构的异质性，控制纳米酶的生物催化位点仍然是一个巨大的挑战。

近年来，具有原子分散金属活性位的单原子催化剂因其金属原子利用率高、活性高、选择性好、成本低而成为催化领域的研究热点。M-N-C单原子纳米酶具有与天然酶类似的M-Nx活性位点，可以更真实地模拟天然酶的活性中心，这有助于了解其催化机理。然而，提高单原子纳米酶的催化活性仍然是一个挑战。目前用于提高单原子纳米酶催化活性的方法主要有:表面修饰、减小纳米材料尺寸和杂原子掺杂。然而，表面修饰会屏蔽催化剂的活性位，导致原子利用率降低。纳米酶尺寸的减小会增加表面自由能，从而导致材料的聚集和失活。而且，关于杂原子掺杂提高酶活性的研究还很少。鉴于此，提供一种硼掺杂锌基单原子纳米酶及其制备方法和应用也就显得十分的有意义。

发明内容

针对上述的不足，本发明的目的是提供一种硼掺杂锌基单原子纳米酶及其制备方法和应用。本发明首次实现了硼掺杂Zn-N-C单原子纳米酶的可控合成，通过硼原子的引入改变了配位环境、改善了材料的亲水性，显著提高了类过氧化物酶的活性。同时，通过调节热解温度和加入的硼原子量，实现了ZnBNC单原子纳米酶的可控合成。更重要的是，本发明建立了一种灵敏、快速的对苯二胺检测方法，并实现了对染发后头发中对苯二胺的微量监测，显示出其在环境、工业和健康方面的广阔应用前景。

为达上述目的，本发明采取如下的技术方案：

本发明提供一种硼掺杂锌基单原子纳米酶的制备方法，包括以下步骤：

步骤(1)：在持续搅拌下，将含锌盐的醇类溶液A加入至含2-甲基咪唑和硼酸的醇类溶液B中，继续搅拌1.5～3小时，离心分离，洗涤，得到白色沉淀；其中，锌盐、2-甲基咪唑和硼酸的摩尔比为2.5～4.0:12.5～14.0:4.5～12.0；