[发明专利]一种仿生纳米酶及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种仿生纳米酶及其制备方法和应用。本发明的仿生纳米酶是由Ce³⁺、Ce⁴⁺和配体配位形成的金属有机框架纳米粒子，框架表面同时含有Ce³⁺和Ce⁴⁺；所述配体为二元羧酸或三元羧酸，该仿生纳米酶的制备方法包括以下步骤：将可溶性铈盐的水溶液和配体混合，进行反应，得到仿生纳米酶。本发明受天然漆酶多铜基活性中心及其Cu²⁺/Cu¹⁺电子转移路径启发，得到多价态铈金属有机框架的仿生纳米酶，不仅能够模拟天然漆酶的结构和功能，还具有活性高、稳定性强、功能性多，可循环利用和制备简单的优势，特别适用于酚类污染物的降解与硫醇类化合物的检测。

技术领域

本发明涉及纳米酶的技术领域，具体涉及一种仿生纳米酶及其制备方法和应用。

背景技术

漆酶是一类多铜基氧化还原酶类，以分子氧为电子受体催化底物发生单电子氧化，仅产生水作为副产物，被认为是一种绿色、高效及全能的生物催化剂，广泛应用于多种生物催化过程，尤其是环境污染物的生物降解。然而，天然漆酶存在易失活、难回首、稳定性差等缺点，导致其应用受限。

纳米酶是一类具有类似天然酶催化功能的纳米材料，能够结合化学催化剂和生物催化剂的优势。目前，具有漆酶活性的纳米酶(漆酶纳米酶)已吸引了广泛关注，然而，已有报道的漆酶纳米酶主要局限于铜基纳米材料，制备工艺多较为复杂，产物多以非晶态的形式存在，机械强度较差，催化活性有待提高，应用范围较为局限，而高性能非铜基漆酶纳米酶及其仿生化制备的策略尚不多见。

因此，亟需开发一种制备简单、结构有序、活性高、稳定性好、可循环再生和具有高应用价值的非铜基仿生漆酶纳米酶。

发明内容

为了克服现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种。

本发明的目的之二在于提供上述仿生纳米酶的制备方法。

本发明的目的之三在于提供上述仿生纳米酶的应用。

本发明的发明构思为：天然漆酶活性中心由铜原子(分为3类，T1-Cu，T2-Cu，T3a/b-Cu)与不同氨基酸残基配位组合形成，其中，顺磁性T1-Cu是底物氧化的活性位点，而T2-Cu和T3a/b-Cu结合形成三核铜簇，为分子氧提供电子并使其还原成水。在此催化循环过程中，一价和二价铜(Cu²⁺/Cu¹⁺)之间的循环氧化还原在将电子从底物转移到氧气中起着关键作用。受天然漆酶Cu²⁺/Cu¹⁺氧化还原模型启发，多价态铈(Ce⁴⁺/Ce³⁺)纳米材料及其氧化还原反应性有望模拟天然漆酶的结构和功能。据此，本发明采用仿生化策略创制了新型多铈基漆酶纳米酶(见图1)，并探究了其性质和应用，为新型纳米酶的创制提供了理论和实践参考。

本发明设计的多价态铈(Ce⁴⁺/Ce³⁺)仿生纳米酶能够模仿天然漆酶的结构和功能，利用分子氧催化底物氧化，仅产生氧化产物和水，没有二次污染，符合绿色催化理念。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

第一方面，本发明提供了一种仿生纳米酶，是由Ce³⁺、Ce⁴⁺和配体配位形成的金属有机框架纳米粒子，所述金属有机框架纳米粒子的表面同时含有Ce³⁺和Ce⁴⁺；所述配体为二元羧酸或三元羧酸。

优选的，所述Ce³⁺、Ce⁴⁺的摩尔比为1:0.5～1:1.5。

进一步优选的，所述Ce³⁺、Ce⁴⁺的摩尔比为1:0.7～1:1.2。