氧化石墨炔负载钌纳米酶及其制备方法

本发明涉及纳米酶催化，具体地涉及一种氧化石墨炔负载钌纳米酶及其制备方法。

背景技术：

1、纳米酶是一类具有天然酶催化特性的纳米材料，因具有结构稳定、对环境耐受性强、可规模化制备等优势而得到广泛关注。自2007年首次报道至今，已有包含金属、金属氧化物、金属有机框架化合物在内的上千种纳米材料成为纳米酶，在传感检测、疾病诊断治疗、环境治理等领域展现出巨大应用价值(huang y.；ren j.；qu,x.chem.rev.2019,119,4357.)。在各类纳米酶中，超过一半的研究围绕过氧化物纳米酶展开。最新研究表明，通过对催化位点及其配位环境的设计优化，过氧化物纳米酶可表现出与天然辣根过氧化物酶相仿的催化活性(ji s.；jiang b.；hao h.et al.nat.catal.2021,4,407.)，有望成为天然酶的替代品。然而，大多数过氧化物纳米酶的最适催化环境为微酸性环境。这一酸性ph偏好特性虽然推动了过氧化物纳米酶在肿瘤治疗中的应用，但也限制了其在众多生理病理过程中的应用。近年来，部分研究尝试拓宽过氧化物纳米酶的适用ph范围(qin y.；zhang q.；liy.et al.j.mater.chem.b,2017,5,9365.；zhang j.；wu s.；lu x.et al.nano lett.2019,19,3214.)，但在生理环境中，这些纳米酶的催化活性较低。因此，发展适用于生理环境的高活性纳米酶仍是本领域中亟待解决的关键问题之一。

2、石墨炔(graphdiyne,gdy)是一种新型的碳同素异形体，由sp杂化及sp2杂化的碳原子共同构成二维层状结构，具有高度共轭结构、优良的化学稳定性与独特的半导体性能，在能源转换、物质分离、质子传输、有机催化、传感分析等领域发展迅速(gao x.；liu h.；wang d.et al.chem.soc.rev.2019,48,908.)。作为金属催化剂基底，石墨炔结构中拓扑有序的孔洞结构可提供大量锚定位点，且垂直于平面的π/π*轨道可与金属电子发生轨道杂化，提升金属催化剂稳定性并改变其催化特性。除上述特性外，石墨炔的氧化衍生物氧化石墨炔(graphdiyne oxide,gdyo)还具有丰富的化学环境与可调的氧化还原能力，是继石墨炔之后又一理想的金属催化剂基底(qi h.；yu p.；wang y.et al.j.am.chem.soc.2015,137,5260.)。氧化石墨炔负载的金属催化剂有望成为新型高活性纳米酶，打破催化体系ph限制，拓宽纳米酶在生理环境中对于生理及病理过程的传感与调控应用，具有广泛的应用前景。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服现有技术存在的纳米酶在生理环境中催化活性较低的问题，提供一种氧化石墨炔负载钌纳米酶及其制备方法，本发明的氧化石墨炔负载钌纳米酶在生理环境中的催化活性高，满足生理ph下比色传感及与天然酶联用的应用需求，并且具有尺寸小、载量高、缺电子的结构特点。

2、本发明的发明人经过深入研究，其结果发现，通过使用本发明特定的氧化石墨炔负载钌纳米酶的制备方法制得的氧化石墨炔负载钌纳米酶在生理环境中的催化活性高，满足生理ph下比色传感及与天然酶联用的应用需求，并且具有尺寸小、载量高、缺电子的结构特点，从而完成了本发明。

3、为了实现上述目的，本发明第一方面提供一种氧化石墨炔负载钌纳米酶的制备方法，该方法包括以下步骤：

4、1)使石墨炔与酸进行第一接触，得到氧化石墨炔固体粉末的步骤；

5、2)在水存在下，对步骤1)的氧化石墨炔固体粉末进行分散，得到氧化石墨炔分散液的步骤；

6、3)使步骤2)的氧化石墨炔分散液与氯化钌水溶液进行第二接触，得到氧化石墨炔负载钌纳米酶的步骤。

7、优选地，步骤1)中，所述酸为浓硝酸、浓硫酸和浓盐酸中的一种或多种，优选为浓硝酸。

8、优选地，步骤1)中，所述石墨炔与所述酸的质量比为4-7：1，优选为5-6：1。

9、优选地，步骤1)中，所述第一接触的条件包括：温度为70-90℃，时间为22-26h。

10、优选地，步骤2)中，在水存在下，对步骤1)的氧化石墨炔固体粉末进行超声分散，得到氧化石墨炔分散液。

11、优选地，所述超声分散的条件包括：温度为5-40℃，超声功率为150-250w，超声工作模式为超声2-5秒、暂停2-5秒，有效超声时间为0.5-3h。

12、优选地，所述氧化石墨炔固体粉末与水的质量比为1：4-7。

13、优选地，步骤3)中，所述氯化钌溶液的浓度为0.5-15mmol/l，优选为1-10mmol/l。

14、优选地，步骤3)中，所述氧化石墨炔水分散液的浓度为0.1-2mg/ml，优选为0.2-1.5mg/ml。

15、优选地，步骤3)中，所述氧化石墨炔分散液与所述氯化钌溶液的体积比为9-12：1，优选为10-11：1。

16、优选地，步骤3)中，所述第二接触的条件包括：温度为5-40℃，时间为0.5-2h。

17、优选地，步骤3)还包括：进行第二接触后，进行离心的步骤。

18、本发明第二方面，提供本发明第一方面所述制备方法制得的氧化石墨炔负载钌纳米酶。

19、根据本发明的氧化石墨炔负载钌纳米酶的制备方法，制得的氧化石墨炔负载钌纳米酶在生理环境中的催化活性最高，满足生理ph下比色传感及与天然酶联用的应用需求，并且具有尺寸小、载量高、缺电子的结构特点。

技术特征：

1.一种氧化石墨炔负载钌纳米酶的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤1)中，所述酸为浓硝酸、浓硫酸和浓盐酸中的一种或多种，优选为浓硝酸；

3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，步骤1)中，所述第一接触的条件包括：温度为70-90℃，时间为22-26h。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，步骤2)中，在水存在下，对步骤1)的氧化石墨炔固体粉末进行超声分散，得到氧化石墨炔分散液；

5.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，步骤3)中，所述氯化钌溶液的浓度为0.5-15mmol/l，优选为1-10mmol/l。

6.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，步骤3)中，所述氧化石墨炔水分散液的浓度为0.1-2mg/ml，优选为0.2-1.5mg/ml。

7.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，步骤3)中，所述氧化石墨炔分散液与所述氯化钌溶液的体积比为9-12：1，优选为10-11：1。

8.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，步骤3)中，所述第二接触的条件包括：温度为5-40℃，时间为0.5-2h。

9.根据权利要求1-3中任意一项所述的制备方法，其中，步骤3)还包括：进行第二接触后，进行离心的步骤。

10.权利要求1-8中任意一项所述制备方法制得的氧化石墨炔负载钌纳米酶。

技术总结本发明涉及纳米酶催化技术领域，公开了一种氧化石墨炔负载钌纳米酶及其制备方法，该方法：1)使石墨炔与酸进行第一接触，得到氧化石墨炔固体粉末的步骤；2)在水存在下，对步骤1)的氧化石墨炔固体粉末进行分散，得到氧化石墨炔分散液的步骤；3)使步骤2)的氧化石墨炔分散液与氯化钌水溶液进行第二接触，得到氧化石墨炔负载钌纳米酶的步骤。本发明的氧化石墨炔负载钌纳米酶在生理环境中的催化活性高，满足生理pH下比色传感及与天然酶联用的应用需求，并且具有尺寸小、载量高、缺电子的结构特点。技术研发人员：于萍,徐聪,毛兰群,马文杰受保护的技术使用者：中国科学院化学研究所技术研发日：技术公布日：2024/9/9