SnO2-x/ MoO3-y制備及其擬過氧化物酶活性研究

曹敏，陳輝，徐孝文

（蘇州科技大學(xué)化學(xué)生物與材料工程學(xué)院，江蘇蘇州215009）

SnO2-x/ MoO3-y制備及其擬過氧化物酶活性研究

曹敏，陳輝，徐孝文*

（蘇州科技大學(xué)化學(xué)生物與材料工程學(xué)院，江蘇蘇州215009）

以（NH4）6Mo7O24·4H2O和SnCl2·2H2O為原料，采用異質(zhì)絮凝法制備了核殼型SnO2-x/MoO3-y。用X射線粉末衍射儀（XRD）、透射電鏡（TEM）及X射線光電子能譜儀（XPS）對(duì)復(fù)合物進(jìn)行了表征，并在H2O2存在下，以3，3′，5，5′-四甲基聯(lián)苯胺（TMB）為過氧化物酶底物，考察了其擬過氧化物酶活性。

擬過氧化物酶活性；SnO2-x/MoO3-y；TMB；H2O2

天然酶具有高效性和高選擇性，在溫和的反應(yīng)條件下，可以催化各種化學(xué)反應(yīng)，但天然酶制備成本高、純化過程中容易變性等限制了其實(shí)際應(yīng)用[1-3]。納米材料，特別是金屬氧化物納米顆粒，如CeO2和Co3O4納米粒子[4-5]，作為模擬酶當(dāng)前受到廣泛的關(guān)注，這主要是因?yàn)榧{米材料具有相對(duì)低的價(jià)格，并且具有一些突出特性，如高穩(wěn)定性、易得和可調(diào)節(jié)過氧化物酶樣活性等[6]。

在金屬氧化物納米顆粒中，二氧化錫（SnO2）和三氧化鉬（MoO3）是兩種常用的材料。SnO2具有穩(wěn)定性好、非毒性和成本低等特點(diǎn)，在許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如氣體傳感器、催化和鋰離子電池電極[7-9]。MoO3是一種環(huán)保材料，在催化劑、電池、氣體傳感器[10-12]等領(lǐng)域廣泛使用。為了滿足不同應(yīng)用的需求，某些金屬氧化物與SnO2的復(fù)合材料也有報(bào)道，例如，Co2O3、Cr2O3和Ta2O5[13-15]等。

筆者首次報(bào)道采用異質(zhì)絮凝法制備核殼型SnO2-x/MoO3-y納米復(fù)合物，該材料具有擬過氧化物酶活性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑

SnCl2·2H2O（分析純，上海試四赫維化工有限公司）；（NH4）6Mo7O24·4H2O（分析純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司）；濃鹽酸（分析純，太倉(cāng)市周氏化學(xué)有限公司）；氫氧化鈉（分析純，中國(guó)上海試劑總廠）；TMB（分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；H2O2（分析純，上海聯(lián)試化工試劑有限公司）；冰乙酸（分析純，江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司）；乙酸鈉（分析純，連云港通源化工有限公司）。

1.2 制備

稱取4.512 6 g SnCl2·2H2O于燒杯中，加入20 mL蒸餾水和10 mL濃鹽酸，在攪拌下加熱溶解。然后稱取3.531 2 g（NH4）6Mo7O24·4H2O，溶于適量蒸餾水中，再將其滴加到SnCl2溶液中，待混合均勻后，緩慢滴加2 mol·L-1的NaOH溶液，調(diào)節(jié)溶液pH值為3，繼續(xù)攪拌3 h，得到暗黃色懸濁液。將反應(yīng)液過濾洗滌3次（除去Na+、Cl-和NH4+），100℃條件下干燥2 h得到前驅(qū)物，然后將前驅(qū)物在450℃下焙燒3 h得到核殼結(jié)構(gòu)SnO2-x/MoO3-y納米復(fù)合材料。

1.3 表征

樣品晶體結(jié)構(gòu)采用Bruker D8型X射線衍射儀測(cè)定。測(cè)試條件：Cu Kα射線源，角度掃描范圍5～70°，掃描速度4°·min-1，掃描步長(zhǎng)0.02°。產(chǎn)物的微結(jié)構(gòu)由FEITecnai G2 F20 S-Twin型透射電子顯微鏡（加速電壓200 kV）觀察。樣品表面化學(xué)成分分析通過在Kratos Axis Ultra DLD型射線光電子能譜儀上完成，激發(fā)光源為非單色鋁X射線（hν＝1 486.6 eV）。T6新世紀(jì)紫外可見分光光度計(jì)來(lái)表征納米復(fù)合物的過氧化物酶活性。

1.4 活性測(cè)試

當(dāng)SnO2-x/MoO3-y納米復(fù)合物加入到pH值為3.6的過氧化氫和TMB的混合溶液中時(shí)，混合溶液逐漸變成藍(lán)色，這表明納米復(fù)合物具有擬過氧化物酶的活性。TMB氧化產(chǎn)物的最大吸收波長(zhǎng)是652 nm，在此處的吸收強(qiáng)度用來(lái)評(píng)價(jià)納米復(fù)合物的過氧化物活性。具體測(cè)試過程如下：

（1）配置乙酸鹽緩沖溶液（pH值為3.6）：稱取6.1 g乙酸鈉于250 mL容量瓶中，加入20 mL冰乙酸溶解，然后加蒸餾水定容至250 mL。（2）配置TMB溶液：稱取0.012 g TMB溶于10 mL的二甲亞砜中。（3）室溫下，將1 mg的納米復(fù)合物、49.5 mL的醋酸鹽緩沖溶液及0.5 mL的TMB溶液放入到50 mL密閉的玻璃小瓶中，再加入一定量的H2O2，在回旋式振蕩器上震蕩反應(yīng)，待反應(yīng)一定時(shí)間后，將反應(yīng)液轉(zhuǎn)入潔凈的離心管中，放入離心機(jī)4 000 r·min-1離心0.5 h，取上層清液用T6新世紀(jì)紫外分光光度計(jì)測(cè)得在625 nm處的吸光度，來(lái)評(píng)價(jià)其擬過氧化物酶活性以及pH值和H2O2濃度對(duì)其活性的影響。

2 結(jié)果與討論

2.1 XRD分析

圖1為SnO2-x/MoO3-y納米復(fù)合物的XRD譜圖。由圖1可以看出：復(fù)合物的XRD衍射譜中所有衍射峰均與金紅石結(jié)構(gòu)SnO2（PDF#41-1445）所有衍射峰的位置對(duì)應(yīng)，在衍射角26.6°、33.9°、37.9°及51.8°處的特征峰分別對(duì)應(yīng)（110）、（101）、（200）及（211）晶面。除了SnO2的衍射峰外，沒有出現(xiàn)MoO3（PDF#05-0508）的衍射峰，表明復(fù)合物中的MoO3為非晶態(tài)。

2.2 TEM分析

圖2為SnO2-x/MoO3-y納米復(fù)合物的透射電鏡圖。由圖2（A）可知復(fù)合物為大量的納米顆粒堆積在一起而形成的復(fù)合物團(tuán)聚體。圖2（B）為復(fù)合物的HRTEM圖，從圖中可以看出復(fù)合物有明顯的核殼結(jié)構(gòu)，SnO2-x被MoO3-y所包裹。顯示的晶面間距為0.34 nm，與金紅石結(jié)構(gòu)SnO2的（110）晶面間距相吻合，納米顆粒大小約為8 nm。納米晶的晶格條紋清晰，表明SnO2納米顆粒的結(jié)晶性好，非晶態(tài)三氧化鉬覆蓋在SnO2納米顆粒上，形成核殼結(jié)構(gòu)。

圖1 納米復(fù)合物的XRD圖譜

圖2 SnO2-x/MoO3-y的（A）TEM圖和（B）HRTEM

2.3 XPS分析

為了探究SnO2-x/MoO3-y復(fù)合物中Sn和Mo的價(jià)態(tài)，用XPS進(jìn)行表征。圖3為SnO2-x/MoO3-y納米復(fù)合物的XPS圖。由全譜圖可以看出，復(fù)合物中含有Sn、O和Mo三種元素，C元素由于樣品的基底是碳，筆者以各峰

的積分面積來(lái)定量計(jì)算各元素間的百分比，得出Sn、O和Mo三種元素的總含量在99.9%以上，說明復(fù)合物中不含有其他雜質(zhì)。

圖4為SnO2-x/MoO3-y復(fù)合物中Sn3d和Mo3d的高分辨XPS圖譜。由圖4（a）可以看出，復(fù)合物中Sn4+的3d5/2和3d3/2結(jié)合能分別為487.1 eV和495.8 eV，與標(biāo)準(zhǔn)值487 eV、495.4 eV吻合[16]，而位于485.9 eV和495.1 eV可以確定是Sn2+的3d5/2和3d3/2結(jié)合能[17]，這是由于Sn2+比Sn4+多兩個(gè)負(fù)電荷，從而減小了Sn-O-Sn的結(jié)合能，所以復(fù)合物中含有Sn4+和Sn2+，Sn2+占總Sn量的36.9%。從圖4（b）可知，復(fù)合物中Mo6+的3d5/2和3d3/2結(jié)合能分別為232.9 eV和235.9 eV，與標(biāo)準(zhǔn)值232.7 eV、235.9 eV吻合，而位于231.5 eV和234.3 eV可以確定是Mo5+的3d5/2和3d3/2結(jié)合能[18]，所以復(fù)合物中含有Mo6+和Mo5+，Mo5+占總Mo量的34.7%。

圖3 SnO2-x/MoO3-y的XPS總圖譜

圖4 SnO2-x/MoO3-y納米復(fù)合物的Sn3d（a）和Mo3d（b）高分辨XPS圖譜

2.4 過氧化物酶活性研究

過氧化物酶活性研究詳見圖5。

圖5 擬過氧化氫酶活性

圖5（A）顯示了室溫下，TMB（50 μM）在10 mM過氧化氫和20 mg·L-1SnO2-x/MoO3-y作用下，在652 nm處吸光度隨時(shí)間的變化，可以看出，吸光度逐漸增強(qiáng)，大約經(jīng)過50 min達(dá)到最強(qiáng)。這是由于一些Sn4+和Mo6+被Sn2+和Mo5+取代，產(chǎn)生大量的自由電子[19]，H2O2通過與自由電子結(jié)合，被有效地分解成·OH，而·OH將TMB氧化成藍(lán)色產(chǎn)物oxTMB[20]。過氧化氫濃度對(duì)復(fù)合物擬過氧化物酶活性的影響也進(jìn)行了研究，如圖5（B）所示，在一定范圍內(nèi)，吸光度隨著過氧化氫濃度的增加而增強(qiáng)，當(dāng)H2O2濃度增大到150 mM時(shí)，吸光度達(dá)到了最大值，對(duì)應(yīng)的相對(duì)活性就是100%，如果繼續(xù)增大H2O2濃度（＞150 mM），吸光度會(huì)保持不變。在此基礎(chǔ)上，筆者開發(fā)了一個(gè)簡(jiǎn)單的方法來(lái)檢測(cè)過氧化氫含量。圖5（C）是在SnO2-x/MoO3-y作用下，TMB在652 nm處吸光度隨著H2O2濃度（10～100 μM）的變化關(guān)系，H2O2濃度的檢測(cè)限為4 μM。SnO2-x/MoO3-y擬過氧化物酶活性隨溶液的pH值的變化，如圖5（D）所示，結(jié)果表明pH值對(duì)復(fù)合物的擬過氧化物酶活性有很大的影響，并且最適pH值為4。

3 結(jié)語(yǔ)

報(bào)道了核殼型SnO2-x/MoO3-y納米復(fù)合物制備和其擬過氧化物酶樣的活性，在納米復(fù)合物中Sn以Sn4+和Sn2+存在，而Mo以Mo6+和Mo5+存在，并且SnO2結(jié)晶性能好，MoO3以非晶態(tài)包裹在外面，粒子尺寸約為8 nm。納米復(fù)合物的擬過氧化物酶活性隨著H2O2濃度的增加而增強(qiáng)，H2O2濃度的檢測(cè)限為4 μM；當(dāng)溶液的pH值為4時(shí)，納米復(fù)合物擬過氧化物酶活性最好。

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Preparation and peroxidase-like activity of SnO2-x/MoO3-ynanocomposites

CAO Min，CHEN Hui，XU Xiaowen
（School of Chemistry，Biology and Material Engineering，SUST，Suzhou 215009，China）

SnO2-x/MoO3-ynanocomposites were prepared by using SnCl2·2H2O and（NH4）6Mo7O24·4H2O as raw materials via heterogeneous flocculation method.The products were characterized by XRD and TEM.Its peroxidase-like activity was investigated by catalyzing the reaction of peroxidase substrate 3，3′，5，5′-tetramethylbenzidine（TMB）in the presence of H2O2.

peroxidase-like activity；SnO2-x/MoO3-y；TMB；H2O2

TB331

A

1672－0687（2016）04－0039－05

責(zé)任編輯：李文杰

2016－03－10

住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部科學(xué)技術(shù)項(xiàng)目（2010-K6-5）；蘇州科技學(xué)院科研基金資助項(xiàng)目（XKZ201410）

曹敏（1989-），女，安徽明光人，碩士研究生，研究方向：精細(xì)化學(xué)品的綠色合成工藝。

*通信聯(lián)系人：徐孝文（1965-），男，教授，博士，碩士生導(dǎo)師，E-mail:xwxu@mail.usts.edu.cn。