氯掺杂增强四氧化三钴类过氧化物酶活性机制研究及应用

摘要

纳米酶作为一类具有类生物酶活性的纳米材料是目前化学研究的新前沿。然而，纳米酶的应用受到其低催化活性的限制。因此，研制具有高催化活性的纳米酶成为目前该研究领域的热点。本研究通过固相研磨法成功制备出Cl―掺杂Co₃O₄纳米晶，其类过氧化物酶（Peroxidase, POD）初始反应速率较掺杂前增强了1.3倍。对反应机理的研究表明，Cl^―掺杂使得Co₃O₄纳米晶催化H₂O₂分解产生超氧阴离子自由基(O₂^·―)的能力增强，同时还使得H2O2分解产生羟基自由基（·OH）的路径成为可能，而·OH的氧化性强于O₂^·―，因而Cl―掺杂后材料的类POD活性显著提高。电子顺磁共振谱（Electron Paramagnetic Resonance, EPR）及X射线光电子能谱（X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS）的表征结果表明，Cl^―掺杂后Co₃O₄纳米晶表面氧空位含量的增多及材料的电子结构的改变可能是其类POD活性增强的主要原因。同时，本研究成功地将基于固相研磨的卤素掺杂法应用到其他金属氧化物纳米晶的改性中，亦得到增强其类POD性能的有益效果。本研究开发出的金属氧化物纳米晶的改性方法有望为具有高效类POD性能的金属氧化物纳米酶的研制提供新途径。

关键词

固相研磨法 / Cl^―掺杂 / Co₃O₄纳米晶 / 类过氧化物酶

基金资助

山西省自然科学基金（202103021224014）