一种单原子铁掺杂碳量子点纳米酶的制备方法及其应用

本发明涉及农业环境，具体地，涉及一种单原子铁掺杂碳量子点纳米酶的制备方法及其应用。

背景技术：

1、土壤重金属污染治理是我国面临的重大环境问题之一。由于土壤重金属污染，农作物产生过量的活性氧，从而对其氧化防御系统造成严重损伤，最终导致农作物减产和重金属含量超标。因此，有效清除重金属胁迫下农作物过量累积的活性氧，是实现农作物达标种植的关键途径。

2、纳米酶是清除活性氧功能的模拟酶，其本身就具有催化氧气产生活性物质的能力，此外还有纳米材料的独特性能，具有催化效率高、稳定、经济和规模化制备的优势。在不改变现有种植模式基础上，施用极少量纳米酶，利用其直接发挥类似抗氧化酶的功能，将植物体内由于重金属胁迫而产生的过量活性氧转化为氧气和水，从而有效缓解植物重金属胁迫，进而实现作物稳产、高产和品质提升。现有技术中已开发出一些含金属元素的纳米酶(如cn114887644a、cn117019155a)，但制备方法需要煅烧、酸洗等复杂的工艺，且是否能提高植物的抗金属胁迫能力尚未可知。因此，探索新型纳米酶结构及类酶活性以赋予其在重金属污染下修复农田作物生长能力的功能己成为巨大挑战。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种单原子铁掺杂碳量子点纳米酶的制备方法及其应用。

2、本发明的第一个目的是提供一种单原子铁掺杂碳量子点纳米酶的制备方法。

3、本发明的第二个目的是提供所述制备方法制得的单原子铁掺杂碳量子点纳米酶。

4、本发明的第三个目的是提供所述单原子铁掺杂碳量子点纳米酶在制备抗氧化产品中的应用。

5、本发明的第四个目的是提供所述单原子铁掺杂碳量子点纳米酶在提高植物抗氧化能力中的应用。

6、本发明的第五个目的是提供所述单原子铁掺杂碳量子点纳米酶在提高植物抗胁迫能力中的应用。

7、本发明的第六个目的是提供一种植物生长调节剂。

8、为了实现上述目的，本发明是通过以下方案予以实现的：

9、铁在植物生长过程中着重要的作用，植物缺铁会直接导致叶绿素含量减少，随后降低光合作用效率。单原子铁纳米酶具有粒径较小、比表面大、反应位点多等特点，但是单原子铁容易聚集，导致其分散性较差和催化能力大幅度下降。本发明通过对单原子铁纳米酶进行修饰改性，改良制备方法，通过简单的乳化和加热反应，提高单原子铁的分散性和生物相容性，得到新型的单原子铁掺杂碳量子点纳米酶。

10、一种单原子铁掺杂碳量子点纳米酶的制备方法，包括以下步骤：包括以下步骤：将柠檬酸、尿素和铁盐按照质量比1：(0.1～1)：(0.5～3)充分分散后，于密闭容器中进行充分反应；所述铁盐为柠檬酸铁、蛋氨酸铁或乳酸亚铁中的任意一种；所述充分分散的方法包括乳化；所述充分反应的条件包括：温度为200℃～300℃，压强为1mpa～5mpa。

11、优选地，包括以下步骤：先将所述柠檬酸、所述尿素、所述铁盐和乳化剂进行乳化得到乳化物，再将所述乳化物于密闭容器中进行充分反应；所述乳化剂为斯潘20、吐温20或曲拉通x-100中的任意一种。

12、更优选地，所述乳化包括以下步骤：将母液与所述乳化剂充分反应，得到乳化物；所述母液为含有所述柠檬酸、所述尿素和所述铁盐的水溶液。

13、进一步优选地，所述母液与所述乳化剂充分反应的方法包括：将所述母液与所述乳化剂进行充分搅拌。

14、更进一步优选地，所述母液与所述乳化剂充分反应的方法包括：将所述母液与所述乳化剂搅拌反应1小时～3小时。

15、进一步优选地，所述母液与所述乳化剂的质量比为100：(0.1～1)。

16、更优选地，所述铁盐为柠檬酸铁，则所述乳化剂为斯潘20。

17、进一步优选地，所述母液与所述斯潘20充分反应的方法包括：将所述母液与所述斯潘20按照质量比为100：(0.1～1)搅拌反应1小时～3小时。

18、更进一步优选地，所述母液与所述斯潘20充分反应的方法包括：将所述母液与所述斯潘20按照质量比为100：0.1搅拌反应1小时～3小时。

19、再进一步优选地，所述母液与所述斯潘20充分反应的方法包括：将所述母液与所述斯潘20按照质量比为100：0.1搅拌反应3小时。

20、更优选地，所述铁盐为蛋氨酸铁，则所述乳化剂为吐温20。

21、进一步优选地，所述母液与所述吐温20充分反应的方法包括：将所述母液与所述斯潘20按照质量比为100：(0.1～1)搅拌反应1小时～3小时。

22、更进一步优选地，所述母液与所述吐温20充分反应的方法包括：将所述母液与所述斯潘20按照质量比为100：0.5搅拌反应1小时～3小时。

23、再进一步优选地，所述母液与所述吐温20充分反应的方法包括：将所述母液与所述斯潘20按照质量比为100：0.5搅拌反应1小时。

24、更优选地，所述铁盐为乳酸亚铁，则所述乳化剂为曲拉通x-100。

25、进一步优选地，所述母液与所述曲拉通x-100充分反应的方法包括：将所述母液与所述曲拉通x-100按照质量比为100：1搅拌反应1小时～3小时。

26、更进一步优选地，所述母液与所述曲拉通x-100充分反应的方法包括：将所述母液与所述曲拉通x-100按照质量比为100：1搅拌反应3小时。

27、进一步优选地，所述充分分散的方法还包括超声，所述母液由所述柠檬酸、所述尿素和所述铁盐分散于水中，超声得到。

28、具体的，所述超声的条件包括50khz超声处理1小时～3小时。

29、优选地，所述充分反应的条件还包括：反应时间为4小时～5小时。

30、更优选地，所述充分反应的方法包括：将所述乳化物于密闭容器中，在压强为1mpa～5mpa和温度为200℃～300℃的条件下反应4小时～5小时。

31、进一步优选地，所述铁盐为柠檬酸铁，所述乳化剂为斯潘20，则将所得乳化物于密闭容器中，在压强为5mpa和温度为300℃的条件下反应4小时～5小时。

32、更进一步优选地，所述铁盐为柠檬酸铁，所述乳化剂为斯潘20，则将所得乳化物于密闭容器中，在压强为5mpa和温度为300℃的条件下反应5小时。

33、进一步优选地，所述铁盐为蛋氨酸铁，所述乳化剂为吐温20，则将所得乳化物于密闭容器中，在压强为1mpa和温度为200℃的条件下反应4小时～5小时。

34、更进一步优选地，所述铁盐为蛋氨酸铁，所述乳化剂为吐温20，则将所得乳化物于密闭容器中，在压强为1mpa和温度为200℃的条件下反应4小时。

35、进一步优选地，所述铁盐为乳酸亚铁，所述乳化剂为曲拉通x-100，则将所得乳化物于密闭容器中，在压强为2mpa和温度为250℃的条件下反应4小时～5小时。

36、更进一步优选地，所述铁盐为乳酸亚铁，所述乳化剂为曲拉通x-100，则将所得乳化物于密闭容器中，在压强为2mpa和温度为250℃的条件下反应4小时。

37、优选地，所述密闭容器包括反应釜。

38、更优选地，所述反应釜包括高压反应釜。

39、进一步优选地，所述高压反应釜的内衬包括聚四氟乙烯。

40、优选地，所述制备方法还包括以下步骤：充分反应结束后，纯化所得反应物。

41、更优选地，所述纯化的方法包括：离心、过滤和透析。

42、进一步优选地，所述离心的条件包括：5000转/分钟～10000转/分钟离心5分钟～10分钟。

43、进一步优选地，所述过滤的方法包括真空抽滤。

44、进一步优选地，所述透析的方法包括用分子量100kd透析膜透析5小时～10小时。

45、进一步优选地，所述透析所用的透析液为水。

46、更优选地，纯化后，对所得纯化物进行干燥。

47、进一步优选地，所述干燥的方法为冷冻干燥。

48、任一项所述制备方法制得的单原子铁掺杂碳量子点纳米酶也应在本发明的保护范围之内。

49、本发明提供的单原子铁掺杂碳量子点纳米酶尺寸为2～3.5nm，结构均一稳定，具有明显的晶格条纹，分散性好，可完全水溶，具备高效的抗氧化酶活性，有效清除超氧阴离子和羟基自由基。

50、所以本发明还请求保护以下内容：

51、所述单原子铁掺杂碳量子点纳米酶在制备抗氧化产品中的应用也应在本发明的保护范围之内。

52、所述单原子铁掺杂碳量子点纳米酶在提高植物抗氧化能力中的应用也应在本发明的保护范围之内。

53、优选地，所述植物为农作物。

54、更优选地，所述农作物为粮食作物或蔬菜作物。

55、进一步优选地，所述粮食作物为水稻。

56、进一步优选地，所述蔬菜作物为生菜。

57、所述单原子铁掺杂碳量子点纳米酶在提高植物抗胁迫能力中的应用也应在本发明的保护范围之内。

58、优选地，所述植物为农作物。

59、更优选地，所述农作物为粮食作物或蔬菜作物。

60、进一步优选地，所述粮食作物为水稻。

61、进一步优选地，所述蔬菜作物为生菜。

62、优选地，所述抗胁迫能力包括抗重金属胁迫能力。

63、更优选地，所述抗重金属胁迫能力包括抗砷胁迫或抗镉胁迫的能力。

64、一种植物生长调节剂，包含所述单原子铁掺杂碳量子点纳米酶。

65、优选地，所述植物生长调节剂为液体剂。

66、更优选地，所述液体剂的溶剂为水。

67、进一步优选地，所述单原子铁掺杂碳量子点纳米酶的工作浓度为50mg/ml～300mg/ml。

68、更进一步优选地，所述单原子铁掺杂碳量子点纳米酶的工作浓度为300mg/ml。

69、优选地，所述植物生长调节剂为叶面剂。

70、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

71、本发明提供的单原子铁掺杂碳量子点纳米酶分散性好，水溶性佳，结构均一稳定，具备高效的抗氧化酶活性，容易被植物吸收，施用后能显著提高植物的抗氧化能力以及抗胁迫能力，不仅能清除植物过量累积的活性氧，还能提高植物体内抗氧化酶的清除效率，减少重金属吸收，提高植物产量，具有用量少、低成本、高效、环境安全性高和易使用的特点，为农田重金属污染的大面积治理提供具有实际应用价值的技术与产品的新选择。