基于ZIF-8模拟酶催化剂合成及其仿生催化性能研究

摘要

仿生催化氧化技术是一种在温和的条件下催化空气氧化的技术。仿生催化不仅具有酶催化的特点-高效性、高转移性，而且具有化学催化的优点-稳定性强、选择性好。金属卟啉催化是卟啉仿生催化化学的一个重要研究方向。利用卟啉与载体开发高活性的仿生催化剂展现出广阔的应用前景。沸石咪唑类骨架材料8（ZIF-8）是一种稳定的、绿色的催化剂载体。因此，本文以ZIF-8作为载体，制备了血红素-ZIF-8（hemin-ZIF-8）模拟酶催化剂，并对其催化活性及微环境影响机制进行了探究。 首先，本文选用一锅法将血红素通过离子键负载到ZIF-8上制备了hemin/ZIF-8模拟酶催化剂。通过TEM、EDS、FT-IR等测试对材料进行了表征，并系统地研究了不同反应条件对催化反应的影响及其催化反应动力学，考察了其对葡萄糖的测定及循环使用性能。结果表明，血红素成功负载到ZIF-8上，且材料表现出优异的催化反应性能，对3,3',5,5'-四甲基联苯胺（TMB）具有较大的亲和力。在5-50 mM的葡萄糖浓度范围内，吸光度与葡萄糖浓度表现出良好的线性关系（R2=0.9991）。催化剂重复使用六次后，催化活性仍可达到60%以上。 其次，本文通过层层自组装法制备了血红素/海藻酸钙/ZIF-8复合催化剂（Hemin/Ca-alginate/ZIF-8）。通过SEM、XRD、FT-IR等测试对材料进行了表征，并考察了不同反应条件对催化反应的影响，探究了材料的催化反应动力学。结果表明，材料是以血红素/海藻酸钙为核，以ZIF-8为壳，直径达到1.5 mm。用2-甲基咪唑的氯化钙溶液代替2-甲基咪唑的水溶液，并充分利用海藻酸钠的离子交换性能，成功解决了制备过程中催化剂的溶解问题。同时，材料表现出过氧化物模拟酶活性，其催化活性受pH、温度、底物浓度的影响。 最后，本文探究了微环境对催化反应影响的机制。实验结果表明，复合材料的配位微环境中的2-甲基咪唑与血红素中铁结合，增大了电子传输速率，从而提高了催化反应活性。

目录

声明

第1章 文献综述

1.1 模拟酶概述

1.2 血红素的研究概况

1.3 MOFs复合催化剂研究进展

1.4 主要研究内容及意义

第2章 一锅法合成血红素/ZIF-8过氧化物模拟酶

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 实验结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 层层自组装法合成血红素/海藻酸钙/ZIF-8复合材料

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 实验结果与讨论

3.4 本章小结

第4章 微环境对血红素/ZIF-8催化活性的影响机制

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 实验结果与讨论

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢