类漆酶活性纳米酶的构建及其应用研究

作     者：朱东韦 

作者单位：吉林大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐力

授予年度：2024年

学科分类：081705[工学-工业催化] 07[理学] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 070205[理学-凝聚态物理] 080501[工学-材料物理与化学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：纳米酶 漆酶 污染物降解 阵列传感 

摘      要：纳米酶,是一类新兴的表现出类酶活性的纳米材料,通常具有纳米级尺寸（1-100 nm）和较高的催化性能,能够在纳米尺度上催化化学反应。漆酶,也称为漆酶氧化酶或多酚氧化酶,以单体糖蛋白的形式存在,它利用其活性中心铜离子独特的氧化还原能力可以催化各种多酚和芳香多胺类化合物的氧化,同时将分子氧还原为水,得益于漆酶优异的催化性能,漆酶被广泛应用于工业染料脱色和废水环境中有毒物质的降解等领域中。但漆酶容易在高温、极端p H值等外部刺激下失去活性,这种不可回收性和较差的稳定性阻碍了其实际应用。 目前对于具有氧化还原酶活性纳米酶的研究更多的是关于模拟过氧化物酶活性或超氧化物歧化酶活性等,类漆酶活性纳米酶的研究仍相对较少,而且用于模拟漆酶活性纳米材料的研究都主要集中在含铜的结构,所以迫切需要扩大金属类别以弥补铜基和非铜基类漆酶活性纳米酶在研究数量上的巨大差距;本论文的工作主要围绕着铜基和非铜基类漆酶活性纳米酶的合成、酶学性质的分析以及在氯酚降解和染料脱色等方面的应用展开,此外还利用构建阵列传感实现了对不同酚类物质的鉴别与区分,具体研究内容如下: （1）制备合成了CeO2、Pt、Cu2O三种类漆酶活性纳米酶,通过一系列表征方法对合成的材料的结构和性质进行了测定,确定了棒状CeO2纳米酶的平均粒径在39-40 nm之间,球形Pt纳米酶的平均粒径在2-2.4 nm之间,立方体形状的Cu2O纳米酶的平均粒径在55-60 nm之间。三种纳米酶的分散性较好并且对酚类底物表现出优异的催化活性以及底物广泛性,对酚类底物的亲和力更好。而且在耐高温、耐酸碱、长期储存、抗有机溶剂、抗不同离子干扰等各种模拟实际应用环境条件下相较于漆酶都表现出更好的稳定性。 （2）在模拟漆酶在工业或环境上的应用方面,所合成的CeO2、Pt、Cu2O三种纳米酶成功应用于催化氯酚降解及染料脱色且大部分效果优于天然漆酶;三种纳米酶对除4-CP外的氯酚能进行有效的降解;对刚果红、靛蓝胭脂红、甲基蓝和邻苯三酚红等四种染料可以有效的脱色;天然漆酶在不加入中间介体的情况下对氯酚降解或染料脱色的效率均低于50%,随着染料和氯酚浓度的增加,三种纳米酶对氯酚降解和染料脱色的效率均保持相对稳定。 （3）基于合成的CeO2、Pt、Cu2O三种纳米酶对不同酚类底物催化活性的差异,成功构建了阵列传感并实现了对酚类底物的鉴别与区分。利用线性判别分析（LDA）实现了对六种酚类污染物的鉴别和区分。通过混淆矩阵表明同一浓度的不同酚类底物以及不同浓度的单一酚类底物均可以有效区分。 综上所述,本文的研究和发现拓展了类漆酶活性纳米酶的构建策略和应用范畴,也为利用阵列传感区分酚类污染物的应用提供了新思路。