一种双功能光-酶复合催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种双功能光

【技术实现步骤摘要】
一种双功能光
‑
酶复合催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于纳米复合材料制备及清洁能源
，具体涉及一种双功能光
‑
酶复合催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氢气具有原料丰富、廉价，无毒无害，产能高等优点，但是自然存在的氢气是极少量的。因此，利用光催化技术分解水制氢受到了科研工作者的广泛关注。g
‑
C3N4作为有机半导体聚合物，对应的带隙宽度(2.7ev)及其合适的导带价带位置赋予了其氧化和还原能力，使其在光催化领域具有广泛的应用前景。其光催化制氢原理为：当入射光能量(hν)大于g
‑
C3N4带隙时，价带上的电子发生跃迁到导带上形成光生电子，价带上则留下具有强氧化性的光生空穴，这些被激发的电子空穴对发生迁移到g
‑
C3N4催化剂的表面分别参与氧化还原反应。其中光生电子向吸附在催化剂表面的的H2O分子或者H
+
进行传输使其还原，光生空穴则被额外加入的牺牲剂消耗掉。尽管，牺牲剂的加入可以促进析氢半反应的进行，但是同时也造成了光生空穴的浪费，使光生空穴没得到有效的利用。
[0003]酶催化反应可以在温和条件下高选择性地合成多种增值的精细化学品，在酶催化反应过程中，辅酶是不可或缺的重要组成，在氧化还原酶的催化反应中往往需要NAD(H)作为氧化剂或还原剂。然而在细胞内，NAD(P)H/NAD(P)
+
可通过与底物代谢偶联而可逆地转化，从而维持活细胞中的细胞内氧化还原平衡。但在体外的酶催化反应中必须加入过量的NAD(P)来维持反应的继续进行。NAD(P)的高昂价格使得外加辅酶的经济性降低，从而限制了其在酶催化领域的工业化应用。目前，光催化NAD(P)H再生作为一种较为新颖的再生方法，因其具有反应可控、利用可见光等有点受到越来越多的关注。然而目前光催化辅酶再生系统主要集中在光生电子上，由光催化材料吸收光能并产生光生电子，以其为驱动力对NAD
+
中的C4进行氢化还原，获得还原性辅酶1,4
‑
NADH。此过程为促进反应的进行仍需加入牺牲剂捕获空穴，同样造成了一定的能源浪费。
[0004]因此，需要开发一种能够同时利用光生空穴氧化NADH生成NAD
+
又能利用光生电子裂解水制氢的双功能光
‑
酶复合催化剂。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种双功能光
‑
酶复合催化剂及其制备方法和应用。在本专利技术中，所述双功能光
‑
酶复合催化剂在可见光下可利用光生空穴氧化NADH生成NAD
+
，NAD
+
进一步与促进乙醇脱氢酶催化氧化乙醇，同时光生电子在Pt上汇聚并裂解水产生氢气；所述双功能光
‑
酶复合催化剂无需加入任何牺牲剂，避免了光生空穴的浪费，使得光生载流子得到充分利用；所述双功能光
‑
酶复合催化剂制备原料廉价、易得，制备工艺简易可行，具有较好的实用价值。
[0006]本专利技术首先提供了一种双功能光
‑
酶复合催化剂，所述双功能光
‑
酶复合催化剂记为ADH/UIO
‑
66/CN，所述双功能光
‑
酶复合催化剂为ADH/UIO
‑
66纳米粒子负载于CN二维平面
上复合而成；所述ADH/UIO
‑
66为乙醇脱氢酶(ADH)固定在UIO
‑
66的介孔孔道内。
[0007]优选地，所述双功能光
‑
酶复合催化剂中ADH/UIO
‑
66和CN的质量比为1
‑
4:10。
[0008]本专利技术还提供了上述双功能光
‑
酶复合催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：
[0009]将ADH缓慢加入到UIO
‑
66的分散液中得到混合体系，将混合体系在恒温下固定化反应，反应结束后离心、洗涤，得到ADH/UIO
‑
66；
[0010]将CN和ADH/UIO
‑
66分散在PBS缓冲液中搅拌反应，反应结束后离心、洗涤、干燥，得到所述双功能光
‑
酶复合催化剂。
[0011]优选地，所述UIO
‑
66通过如下方法制备：将氯化锆、对苯二甲酸分别溶于DMF中，得到含氯化锆的DMF溶液和含对苯二甲酸的DMF溶液；
[0012]然后在含对苯二甲酸的DMF溶液中加入牛血清蛋白和含氯化锆的DMF溶液，混合均匀后在80℃下反应24h，反应结束后离心、洗涤、干燥，接着在325℃下煅烧2h得到介孔UIO
‑
66。
[0013]优选地，所述混合体系中，UIO
‑
66的终浓度为0.2
‑
1.2mg/mL，ADH的终浓度为0.1
‑
0.5mg/mL。
[0014]优选地，固定化反应的条件为在室温下固定化2～12h。
[0015]优选地，所述CN通过如下方法制备而成：将烘干后的尿素研磨后以2.5℃/min的升温速率，从室温加热至550℃，煅烧4h，接着将煅烧产物用硝酸酸洗过夜，抽滤，洗涤，干燥，得到成品。
[0016]优选地，所述PBS缓冲液的pH为7.4，其配方为磷酸二氢钾0.27g/L，磷酸氢二钠1.42g/L，氯化钠8g/L，氯化钾0.2g/L；
[0017]所述搅拌反应的条件为在室温下反应2h。
[0018]优选地，所述双功能光
‑
酶复合催化剂中，ADH/UIO
‑
66和CN的质量比为1
‑
4:10。
[0019]本专利技术还提供了上双功能光
‑
酶复合催化剂在光催化裂解水制氢的同时协同辅酶再生中的应用。
[0020]本专利技术还提供了上述双功能光
‑
酶复合催化剂在光催化裂解水制氢的同时催化乙醇生产乙醛中的应用。
[0021]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0022](1)本专利技术将UIO
‑
66作为酶载体引入CN基光
‑
酶偶联体系，将UIO
‑
66作为乙醇脱氢酶(ADH)的固定化“容器”，将游离态的ADH限制在UIO
‑
66的介孔孔道内，不仅提高了乙醇脱氢酶的固载量和稳定性，同时还实现的乙醇脱氢酶的可循环利用。
[0023](2)本专利技术利用光生空穴氧化NADH生成NAD
+
，NAD
+
进一步与促进乙醇脱氢酶催化氧化乙醇。同时光生电子在Pt上汇聚并裂解水产生氢气。此过程中无需加入任何牺牲剂，避免了光生空穴的浪费，使得光生载流子得到充分利用。
[0024](本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双功能光
‑
酶复合催化剂，其特征在于，所述双功能光
‑
酶复合催化剂记为ADH/UIO
‑
66/CN，；所述双功能光
‑
酶复合催化剂为ADH/UIO
‑
66纳米粒子负载于CN二维平面上复合而成；所述ADH/UIO
‑
66为乙醇脱氢酶ADH固定在UIO
‑
66的介孔孔道内。2.根据权利要求1所述的双功能光
‑
酶复合催化剂，其特征在于，所述双功能光
‑
酶复合催化剂中ADH/UIO
‑
66和CN的质量比为1
‑
4:10。3.权利要求1所述的双功能光
‑
酶复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括：将ADH缓慢加入到UIO
‑
66的分散液中得到混合体系，将混合体系在恒温下固定化反应，反应结束后离心、洗涤，得到ADH/UIO
‑
66；将CN和ADH/UIO
‑
66分散在PBS缓冲液中搅拌反应，反应结束后离心、洗涤、干燥，得到所述双功能光
‑
酶复合催化剂。4.根据权利要求3所述的双功能光
‑
酶复合催化剂的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴嘉聪，万文华，王赟，韩娟，王蕾，李春梅，马新楠，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：