一种Fe-N-C多功能纳米酶制造技术

本发明专利技术公开了一种Fe‑N‑C多功能纳米酶，所述纳米酶主要含有石墨碳、FeN

【技术实现步骤摘要】
一种Fe-N-C多功能纳米酶
本专利技术属于纳米酶催化
，具体涉及一种具有过氧化物模拟酶、氧化物模拟酶和过氧化氢模拟酶三种酶催化属性的Fe-N-C多功能纳米酶。
技术介绍
近十几年来，纳米酶作为一种天然酶的替代品，因具有成本低、活性高、稳定性好等多种优点，受到了国内外各领域科学家的广泛关注。其中，碳基纳米酶由于独特的电子和几何结构，良好的生物相容性和可调谐的酶活性，更是目前纳米酶材料研究探索的一个热点。然而，单纯的碳纳米材料具备的模拟酶催化属性并不十分理想，限制了碳纳米酶材料的发展应用。随着纳米技术的进步，金属/杂原子的掺杂为提高碳纳米酶材料催化性能提供了另一种可能。金属有机骨架由于具有大比表面积，有序排列的金属位点和配体，被认为是合成多孔碳的理想前驱体。其中，锌-沸石咪唑框架(ZIF-8)呈钠沸石结构且含有富N的有机配体。在热解处理后，锌元素会从金属有机骨架主体中蒸发，以此形成具有高比表面积的N掺杂多孔碳纳米酶基底平台。而铁盐亦可以掺入含有特殊空腔结构的锌-沸石咪唑框架结构，在热解的过程中进一步得到形貌可控且FeNx位点丰富的多孔碳材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种同时具有过氧化物模拟酶、氧化物模拟酶和过氧化氢模拟酶三种酶催化属性的Fe-N-C多功能纳米酶。针对上述目的，本专利技术Fe-N-C多功能纳米酶主要含有石墨碳、FeNx和Fe3C结构，其是以乙酰丙酮铁、六水合硝酸锌和2-甲基咪唑为原料，通过水热反应及高温热解两步形成的纳米复合材料；该纳米酶具有过氧化物模拟酶、氧化物模拟酶和过氧化氢模拟酶三种酶的催化活性。本专利技术Fe-N-C多功能纳米酶的制备方法为：将2-甲基咪唑的甲醇溶液加入含有六水合硝酸锌和乙酰丙酮铁的甲醇溶液中，充分搅拌后转移至高压反应釜，在100～150℃下水热反应2～6小时，冷却至室温后离心洗涤、干燥，得到Fe(acac)3@ZIF-8复合材料；将所得复合材料置于管式炉中，在氮气氛围下700～900℃热解处理1～5小时，自然冷却后研磨得到Fe-N-C多功能纳米酶。上述制备方法中，优选乙酰丙酮铁与六水合硝酸锌、2-甲基咪唑的摩尔比为2.5:2～6:8～24。上述制备方法中，优选在100～130℃下水热反应3～5小时。上述制备方法中，优选在氮气氛围下750～850℃热解处理2～3小时。上述制备方法中，进一步优选热解处理的升温速率为2～10℃/分钟。本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术的Fe(acac)3@ZIF-8复合材料经煅烧后铁元素和氮元素进入碳骨架中，形成石墨碳、FeNx和Fe3C等多种形态共存的复合材料，具有大的比表面积和丰富活性位点，有效提升了碳基纳米酶的催化属性。2、本专利技术的Fe-N-C多功能纳米酶具备三重模拟酶属性，同时具有过氧化物模拟酶、过氧化氢模拟酶和氧化物模拟酶三种酶的催化活性，成本低廉，催化性能高，应用范围广。附图说明图1是实施例1制备的Fe-N-C多功能纳米酶的扫描电镜图(图A)、透射电镜图(图B)、元素映射图(图C)和元素分析图(图D)。图2是实施例1制备的Fe-N-C多功能纳米酶的X射线光电子能谱总图(图A)和其中N元素的X射线光电子能谱图(图B)。图3是实施例1制备的Fe-N-C多功能纳米酶的X射线衍射分析图。图4是实施例1制备的Fe-N-C多功能纳米酶的过氧化物模拟酶活性图。图5是实施例1制备的Fe-N-C多功能纳米酶的过氧化氢模拟酶活性图。图6是实施例1制备的Fe-N-C多功能纳米酶的氧化物模拟酶活性图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术的保护范围不仅限于这些实施例。实施例1将1.3g(16mmol)2-甲基咪唑溶于15mL甲醇中，搅拌均匀；将1.2g(4mmol)六水合硝酸锌和0.1g(2.5mmol)乙酰丙酮铁加入30mL甲醇中，充分搅拌均匀；然后将两种溶液混合均匀，搅拌1小时，并转移至高压反应釜中，密封反应釜，在120℃下水热反应4小时。反应完后冷却至室温，离心分离，依次用N,N'-二甲基甲酰胺和甲醇洗净产物，70℃干燥10小时，得到Fe(acac)3@ZIF-8复合材料。将所得Fe(acac)3@ZIF-8复合材料置于管式炉中，在氮气氛围下以2℃/分钟升温至800℃，恒温热解处理3小时，自然冷却后研磨得到Fe-N-C多功能纳米酶。将所得纳米酶分别进行扫描电镜分析、透射电镜分析、X射线光电子能谱分析和X射线衍射分析，结果见图1至图3。由图1可见，所得材料具有十二面体的碳骨架结构，并有少量的含Fe纳米粒子生成。元素映射谱图显示所得材料主要含C、N、Fe三种元素，N元素在碳基底中大量均匀掺杂，Fe元素除固定在纳米颗粒区域内，大部分Fe与N元素信号重叠，形成FeNx位点。X射线光电子能谱总谱图和N元素光电子能谱图证明合成的Fe-N-C多功能纳米酶中都存在C、N和Fe元素(图2)，且N元素分布主要以吡啶N为主，有助于FeNx位点的形成。X射线衍射分析则显示Fe-N-C多功能纳米酶分别在26.2°、43.6°、44.8°、37.8°和44.9°处出现衍射峰(图3)，与石墨C的标准卡片(JSCPDS75-1621)、FeN0.0560的标准卡片(JSCPDS75-2137)和Fe3C标准卡片(JSCPDS89-7271)一致，进一步证实了所得材料中含有石墨C、FeNx和Fe3C的结构，表明所制备的碳基纳米材料中Fe、N元素的成功掺杂。实施例2将0.7g(8mmol)2-甲基咪唑溶于15mL甲醇中，搅拌均匀；将0.6g(2mmol)六水合硝酸锌和0.1g(2.5mmol)乙酰丙酮铁加入30mL甲醇中，充分搅拌均匀；然后将两种溶液混合均匀，搅拌1小时，并转移至高压反应釜中，密封反应釜，在130℃下水热反应2小时。反应完后冷却至室温，离心分离，依次用N,N'-二甲基甲酰胺和甲醇洗净产物，70℃干燥10小时，得到Fe(acac)3@ZIF-8复合材料。将所得Fe(acac)3@ZIF-8复合材料置于管式炉中，在氮气氛围下以3℃/分钟升温至700℃，恒温热解处理5小时，自然冷却后研磨得到Fe-N-C多功能纳米酶。实施例3将2.0g(24mmol)2-甲基咪唑溶于15mL甲醇中，搅拌均匀；将1.8g(6mmol)六水合硝酸锌和0.1g(2.5mmol)乙酰丙酮铁加入30mL甲醇中，充分搅拌均匀；然后将两种溶液混合均匀，搅拌1小时，并转移至高压反应釜中，密封反应釜，在100℃下水热反应5小时。反应完后冷却至室温，离心分离，依次用N,N'-二甲基甲酰胺和甲醇洗净产物，70℃干燥10小时，得到Fe(acac)3@ZIF-8复合材料。将所得Fe(acac)3@ZIF-8复合材料置于管式炉中，在氮气氛围下以5℃/分钟升温至900℃，恒温热解处理2小时，自然冷却后研磨得到Fe-N-C多功能纳米酶。为了证明本专利技术的有益效果，专利技术人对实施例1制备的Fe-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Fe-N-C多功能纳米酶，其特征在于：所述纳米酶主要含有石墨碳、FeN

【技术特征摘要】
1.一种Fe-N-C多功能纳米酶，其特征在于：所述纳米酶主要含有石墨碳、FeNx和Fe3C结构，其是以乙酰丙酮铁、六水合硝酸锌和2-甲基咪唑为原料，通过水热反应及高温热解两步形成的纳米复合材料；该纳米酶具有过氧化物模拟酶、氧化物模拟酶和过氧化氢模拟酶三种酶的催化活性。


2.根据权利要求1所述的Fe-N-C多功能纳米酶，其特征在于：所述纳米酶的具体制备方法如下：将2-甲基咪唑的甲醇溶液加入含有六水合硝酸锌和乙酰丙酮铁的甲醇溶液中，充分搅拌后转移至高压反应釜，在100～150℃下水热反应2～6小时，冷却至室温后离心洗涤、干燥，得到Fe(acac)3@ZIF-8复合材料；将所得复合材料置于管式炉中，在氮气氛围下...

【专利技术属性】
技术研发人员：金丽花，李芮，李聪，
申请(专利权)人：西北大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61