[发明专利]一种高效分解过氧化氢的双原子纳米酶及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高效分解过氧化氢的双原子纳米酶及其制备方法；旨在提供一种高效分解过氧化氢的双原子纳米酶及其制备方法，为合理设计具有高活性、高选择性和高稳定性的酶替代品以用于某些苛刻的反应及替代过氧化氢酶在工业中的应用开辟了一条路径；其技术方案包括如下步骤：1)将一定量的双金属铁配体、2‑甲基咪唑和锌类化合物研磨混匀；2)将混合物移入玛瑙球磨罐中并加入少量铵盐与溶剂快速混匀，随后高速球磨一定时间；3)最后使用少量溶剂洗涤、烘干并煅烧得到双原子纳米酶；属于材料科学与工程技术领域。

技术领域

本发明属于材料科学与工程技术领域，具体地说，涉及一种高效分解过氧化氢的双原子纳米酶，本发明还涉及该高效分解过氧化氢的双原子纳米酶的制备方法。

背景技术

过氧化氢酶是一种加速过氧化氢歧化成水和氧气的酶，具备低毒性、高选择性和超高催化活性的特点被广泛应用于纺织工业、食品工业、环境治理和生物医学。然而，过氧化氢酶很容易因pH、温度和底物浓度而降低。此外，制造难度大、稳定性低、存储困难、成本高等问题也极大地阻碍了过氧化氢酶的实际应用。因此，需要开发一种具有高活性并能解决过氧化氢酶局限性的人工酶。纳米酶是无机纳米材料，具有基本的类酶特性，可用于克服生物酶成本高、储存困难、稳定性低和制造困难的局限性。遗憾的是，尽管纳米酶的开发取得了重大进展，但由于表面构型和结晶纳米结构的多样性，其选择性和活性通常远低于天然酶。

近年来具有与天然金属酶高度进化的催化中心相似的M-N_x(M：过渡金属)位点的单原子催化剂已显示出作为天然金属酶替代品的巨大潜力。最近，类似过氧化氢酶的单原子纳米酶在医疗保健相关领域表现出卓越的性能。不幸的是，与医疗相关的应用要求相比，工业应用必须具有更高的活性、更高的稳定性、抗氧化、耐酸碱、可回收性和易于大规模生产的要求，故目前几乎没有过氧化氢单原子纳米酶工业应用的例子。

值得注意的是，单原子催化剂中相邻单原子位点之间具有长程相互作用，由于协同效应，成对的双原子催化效果通常超过原子单独孤立的单原子催化剂。因此，低成本、易于合成、可扩展且环保的双原子纳米酶生产在工业应用中具有替代过氧化氢酶的巨大潜力。

发明内容

单原子纳米酶具有与高度进化的天然金属酶相似M-N_x位点的催化中心，显示出与生物酶高度相似的特性。而双原子纳米酶由于相邻原子间产生的协同作用，通常展现出比单原子纳米酶甚至生物酶更为优异的催化效果，具有巨大的潜力用于代替生物酶的工业应用。本发明的目的在于提供一种高效分解过氧化氢的双原子纳米酶及其制备方法，为合理设计具有高活性、高选择性和高稳定性的酶替代品以用于某些苛刻的反应及替代过氧化氢酶在工业中的应用开辟了一条路径。

为此，本发明提供的技术方案是这样的：

一种高效分解过氧化氢的双原子纳米酶，包括如下步骤：

1)将双金属铁配体、2-甲基咪唑和锌类化合物按照质量比：0.01-0.02：1-3：0.5-1研磨混匀的混合物；

2)将步骤1)制备的混合物移入玛瑙球磨罐中，并加入混合物质量0.3-2％的铵盐，溶剂快速混匀，随后高速球磨0.5-24小时；

3)最后使用少量溶剂洗涤、烘干并煅烧0.5-24小时得到双原子纳米酶。

进一步的，上述一种高效分解过氧化氢的双原子纳米酶及其制备方法，所述的双金属铁配体为，间-四苯基卟吩-M-氧化铁二聚体，二碳基茂基铁二聚物，环戊二烯基二羰基铁二聚体和(η5-环戊二烯基)二羰基铁二聚体中的一种或几种混合。

进一步的，上述一种高效分解过氧化氢的双原子纳米酶及其制备方法，所述的锌类化合物为氯化锌、硝酸锌、氧化锌、草酸锌和硫酸锌中的一种或几种混合。

进一步的，上述一种高效分解过氧化氢的双原子纳米酶及其制备方法，所述的铵盐为氯化铵、硝酸铵、硫酸铵、碳酸铵和碘化铵中的一种或几种组合。