氯原子轴向配位的单原子铁纳米酶及其制备方法技术

技术编号：40092379 阅读：11 留言：0更新日期：2024-01-23 16:24

本发明专利技术公开了一种氯原子轴向配位的单原子铁纳米酶及其制备方法。该方法的主要步骤为：先在室温下合成金属有机框架ZIF‑8，然后在惰性气体氛围下高温煅烧，得到Zn‑NCSAzyme，最后在低温下将Zn‑NCSAzyme溶解于极性溶剂中，并加入FeCl<subgt;3</subgt;溶液进行离子交换，即可得到氯原子轴向配位的单原子铁纳米酶(Fe‑NC SAzyme)。本发明专利技术的方法过程简单、条件温和，重复性高；通过置换得到的Fe单原子暴露在载体表面，提高了原子利用率；氯原子轴向配位打破了铁原子电子结构的对称性，提高了单原子铁纳米酶的催化活性。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于单原子纳米酶及其制备，具体的说，涉及一种氯原子轴向配位的单原子铁纳米酶及其制备方法。

技术介绍

1、纳米酶是一种具有类酶催化活性的纳米材料，成本低、稳定性高、结构可调，且易于大规模生产制备，在生物传感、组织工程、疾病治疗和环境保护等领域有广阔的应用前景。单原子纳米酶(sazymes)是具有孤立的金属单原子活性位点的纳米酶。与传统的纳米酶相比，sazymes的配位结构可调、原子利用率高、具有更高的类酶催化活性和特异性，引起了人们广泛的关注。

2、sazymes的配位环境在催化过程中起着至关重要的作用，但在原子水平上对其进行精确调控仍然是一个巨大的挑战。目前，氮掺杂碳负载的单金属原子(m-n-c)是研究最多的sazymes，通常具有类卟啉的m-n4平面结构，例如zn-n4(文献angewandtechemie,2019,131(15):4965-4970)，fe-n4(文献applied catalysis b:environmental,2022,310:121327)，ni-n4(文献journal of catalysis,2021,402:264-274)等。然而，m-n4位点的高电子/结构对称性不利于催化过程中的电荷转移，阻碍了sazymes催化性能的进一步提高。为了打破这种对称电子结构，人们开发了一系列配位环境调节策略，如改变配位数(文献nano energy,2021,89:106365)、用其它杂原子取代部分配位氮原子(文献nano research,2022:1-6)等，大大提高了m-n-

3、鉴于以上原因，特提出本专利技术。

技术实现思路

1、本专利技术的目的之一是提供一种氯原子轴向配位的单原子铁纳米酶。

2、本专利技术的目的之二是提供一种氯原子轴向配位的单原子铁纳米酶的制备方法。

3、本专利技术的氯原子轴向配位的单原子铁纳米酶的配位结构为fe-n4cl，fe-n4在同一平面，cl与fe通过轴向与fe配位。

4、本专利技术的氯原子轴向配位的单原子铁纳米酶中的fe单原子完全暴露在n修饰的碳载体表面。

5、本专利技术的氯原子轴向配位的单原子铁纳米酶中fe的含量为0.13～15.6wt％。

6、本专利技术的氯原子轴向配位的单原子铁纳米酶的制备方法包括如下步骤：

7、(1)将zn(no3)2·6h2o和2-甲基咪唑分别溶解于无水甲醇中，在搅拌的状态下将含有2-甲基咪唑的甲醇溶液倒入含有zn(no3)2·6h2o的甲醇溶液中，继续搅拌反应，反应完成后离心并用甲醇洗涤三次，得到zif-8固体。

8、(2)将步骤(1)制备得到的zif-8放入管式炉中，在惰性气氛、600～850℃下进行煅烧，得到zn-nc sazyme。

9、(3)将步骤(2)得到的zn-ncsazyme超声分散于水，甲醇，乙醇，n’n-二甲基甲酰胺，二甲基亚砜等极性溶剂中，搅拌下加入fecl3溶液进行反应。反应结束后离心洗涤，干燥研磨得到氯原子轴向配位的fe-nc sazyme。

10、优选的，步骤(1)中zn(no3)2·6h2o的用量为1.29～3.58g。

11、优选的，步骤(1)中2-甲基咪唑的用量为1.35～3.67g。

12、优选的，步骤(1)中无水甲醇的用量总共为200ml。

13、优选的，步骤(1)中所述的搅拌反应时间为1-10h。

14、优选的，步骤(2)中所述煅烧的程序为：首先以5～15℃/min升温至600～850℃，保持1～5h，最后以2～20℃/min的降温速率降到室温。。

15、优选的，步骤(2)中所述的惰性气体氛围的流速为20～100ml/min。

16、优选的，步骤(3)中所述的fecl3溶液中的fe含量与zn-ncsazyme的质量比为0.1～5:1。

17、优选的，步骤(3)中所述的温度在0～60℃。

18、优选的，步骤(3)中所述的搅拌时间0.5～72h。

19、本专利技术的有益效果：本专利技术利用煅烧得到的zn-ncsazyme为前体材料，在低温搅拌条件下即可利用离子交换技术制备氯原子轴向配位的单原子铁纳米酶。由于fecl3比zncl2多一个cl原子，置换后cl原子通过轴向方式与fe配位。该方法过程简单，条件温和，重复性高；氯原子轴向配位的特点打破了电子结构对称性，且该方法只能置换载体外表面的锌，使得到的铁单原子都暴露在材料表面，因此提高了单原子铁纳米酶的催化活性。

本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种氯原子轴向配位的单原子铁纳米酶，其特征在于，所述的氯原子轴向配位的单原子铁纳米酶的配位结构为Fe-N4Cl，Fe-N4在同一平面，Cl与Fe通过轴向与Fe配位；Fe单原子完全暴露在N修饰的碳载体表面；Fe的含量为0.13～15.6wt％。

2.制备如权利要求1所述的氯原子轴向配位的单原子铁纳米酶的方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：

【技术特征摘要】

1.一种氯原子轴向配位的单原子铁纳米酶，其特征在于，所述的氯原子轴向配位的单原子铁纳米酶的配位结构为fe-n4cl，fe-n4在同一平面，cl与fe通过轴向与fe配位；fe单原子完...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘惠玉，黄志军，张洁，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：

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