一种催化能力和形貌可调控的Cu-MoS2纳米酶及其制备方法和应用

本发明属于纳米材料，涉及新型纳米模拟酶，具体涉及一种催化能力和形貌可调控的cu-mos2纳米酶及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，随着纳米技术的飞速发展，纳米酶越来越多的进入人们的视线，由于其具有多种拟酶特性、可调节性的类酶性质及物理化学的稳定性，可用于生物传感器、癌症治疗、抗菌应用及化学合成等多个领域，具有很广阔的发展前景。mos2，作为一种二维过渡金属二硫化物，在这一领域引起了极大的关注，其较低的带隙，可以充分利用从uv到vis的太阳光谱来产生光生电子-空穴对，还可以利用红外光产生热量。

2、作为纳米酶，mos2已被证明具有多种模拟酶催化特性，如类过氧化氢酶(cat-like)活性、类过氧化物酶(pod-like)活性、类超氧化物歧化酶(sod-like)活性和类谷胱甘肽氧化酶(gshoxd-like)活性。然而，mos2的一个主要限制在于其催化活性主要集中在边缘，并且mos2的(002)基面几乎是催化惰性的，这限制了mos2的应用，克服这些局限性是近期创新的重点。

3、专利文献cn115779965a，在mos2基纳米酶的制备方法中引入聚多巴胺作为mos2和cu纳米粒子的链接桥梁，使得小尺寸cu纳米粒子能够均匀地分散在mos2表面，将mos2纳米片制备与cu纳米粒子结合，制备方法相对复杂，存在掺杂过程难以有效地将金属掺杂到晶格内部，引入元素的比例无法精确控制等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种能够解决现有技术中掺杂过程难以有效地将金属掺杂到晶格内部，引入元素的比例无法精确控制等问题的催化能力和形貌可调控的cu-mos2纳米酶及其制备方法和应用。

2、为了达到上述目的，本发明提供的技术方案是：按0.1～0.9：1的铜钼摩尔比在(nh4)2mos4的dmf溶液中加入cucl2的dmf溶液后超声并搅拌均匀得混合溶液；将混合溶液在180～220℃的高压釜中溶剂热反应18～24小时后，离心分离产物，洗涤，得到催化能力和形貌可调控的cu-mos2纳米酶。

3、所述的(nh4)2mos4的dmf溶液是在dmf中加入(nh4)2mos4，超声10min，搅拌30min后得3-4mg/ml的(nh4)2mos4的dmf溶液。

4、所述cucl2的dmf溶液是将cucl2加入到足量的能够完全溶解cucl2的dmf溶液中超声搅拌得cucl2的dmf溶液。

5、所述高压釜为聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜。

6、所述溶剂热反应的反应填充率为50～60％。

7、所述离心是通过10000rpm离心5分钟分离产物，并用去离子水和乙醇洗涤三次。

8、按以上制备方法得到的催化能力和形貌可调控的cu-mos2纳米酶，该cu-mos2纳米酶的cu原子在mos2基上以原子水平上的均匀分布，并通过调整铜的含量实现对纳米酶活性的调控。

9、当铜钼摩尔比为0.1～0.5:1时，cu-mos2纳米酶呈现自组装纳米花形成的纳米棒结构，当铜钼摩尔比为0.7～0.9:1时，cu-mos2纳米酶呈现出纳米花组装的中空纳米盒结构。

10、当铜钼摩尔比0.3:1时，所制cu-mos2纳米酶具有类过氧化物酶活性；铜钼摩尔比0.7:1时，所制cu-mos2纳米酶具有类超氧化物歧化酶活性；铜钼摩尔比0.9:1时，所制cu-mos2纳米酶具有类谷胱甘肽氧化酶活性。

11、本发明的催化能力和形貌可调控的cu-mos2纳米酶具备抗菌性能，当铜钼摩尔比为0.2～0.4:1时抗菌效果明显，加入h2o2能够提高抗菌效果。

12、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

13、1.元素引入的有效性：本发明成功地实现了cu元素在mos2结构中的均匀分散且掺杂cu含量可调。通过icp分析确认，样品中的cu含量与制备时的摩尔比相符合，证明了cu元素的精确引入。

14、2.催化性能的提升：在铜钼摩尔比为0.3:1时，cu-mos2纳米酶展现出显著提升的催化活性，其vmax和kcat值高于纯mos2和其他比例的cu-mos2纳米酶。这表明优化后的cu含量能最大化提升纳米酶的催化效率。

15、3.显著的抗菌效果：在添加h2o2的条件下，cu-mos2纳米酶(如铜钼摩尔比为0.3:1)对金黄色葡萄球菌的抗菌率高达99％以上，显示出卓越的抗菌性能。这一效果主要归功于纳米酶的pod活性，它能有效将h2o2转化为具有强氧化性的·oh自由基。

16、4.多功能性与实用性：本发明的cu-mos2纳米酶不仅具有pod活性，还展现出sod样活性和gsh-oxd样活性，这为其在生物医学、环境保护和能源转换等领域的广泛应用提供了可能。

17、5.可控性与稳定性：通过调整cu与mo的摩尔比，可以精确控制cu-mos2纳米酶的形态和性能，满足不同应用场景的需求。同时，所制备的纳米酶具有良好的稳定性，保证了其在实际应用中的可靠性和耐久性。

18、综上所述，本技术方案提供了一种具有高效催化活性、显著抗菌效果、多功能性、可控性和稳定性的cu-mos2纳米酶制备方法，具有广泛的实用价值和应用前景。

技术特征：

1.一种催化能力和形貌可调控的cu-mos2纳米酶的制备方法，其特征在于，

2.如权利要求1所述的催化能力和形貌可调控的cu-mos2纳米酶的制备方法，其特征在于，所述的(nh4)2mos4的dmf溶液是在dmf中加入(nh4)2mos4，超声10min，搅拌30min后得3-4mg/ml的(nh4)2mos4的dmf溶液。

3.如权利要求1所述的催化能力和形貌可调控的cu-mos2纳米酶的制备方法，其特征在于，所述cucl2的dmf溶液是将cucl2加入到足量的能够完全溶解cucl2的dmf溶液中超声搅拌得cucl2的dmf溶液。

4.如权利要求1所述的催化能力和形貌可调控的cu-mos2纳米酶的制备方法，其特征在于，所述高压釜为聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜。

5.如权利要求1所述的催化能力和形貌可调控的cu-mos2纳米酶的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应的反应填充率为50～60％。

6.如权利要求1所述的催化能力和形貌可调控的cu-mos2纳米酶的制备方法，其特征在于，所述离心是通过10000rpm离心5分钟分离产物，并用去离子水和乙醇洗涤三次。

7.一种如权利要求1所述制备方法得到的催化能力和形貌可调控的cu-mos2纳米酶，其特征在于，该cu-mos2纳米酶的cu原子在mos2基上以原子水平上的均匀分布，并通过调整铜的含量实现对纳米酶活性的调控。

8.如权利要求7所述的催化能力和形貌可调控的cu-mos2纳米酶，其特征在于，当铜钼摩尔比为0.1～0.5:1时，cu-mos2纳米酶呈现自组装纳米花形成的纳米棒结构，当铜钼摩尔比为0.7～0.9:1时，cu-mos2纳米酶呈现出纳米花组装的中空纳米盒结构。

9.一种如权利要求7所述的催化能力和形貌可调控的cu-mos2纳米酶的应用，其特征在于，当铜钼摩尔比0.3:1时，所制cu-mos2纳米酶具有类过氧化物酶活性；铜钼摩尔比0.7:1时，所制cu-mos2纳米酶具有类超氧化物歧化酶活性；铜钼摩尔比0.9:1时，所制cu-mos2纳米酶具有类谷胱甘肽氧化酶活性。

10.一种如权利要求7所述的催化能力和形貌可调控的cu-mos2纳米酶具备抗菌性能，当铜钼摩尔比为0.2～0.4:1时抗菌效果明显，加入h2o2能够提高抗菌效果。

技术总结
本发明公开了一种催化能力和形貌可调的Cu‑MoS2纳米酶及其制备方法和应用。本发明采用溶剂热法，以(NH4)2MoS4和Cu配位在DMF溶液中制备了可实现原子级分散的Cu‑MoS2纳米酶。可调的Cu含量使产物展现可调的类过氧化物酶活性、类超氧化物歧化酶活性及类谷胱甘肽氧化酶活性。同时，Cu的引入使材料基底上的催化位点变得更加丰富，整个催化过程向Cu位点转移，提高了Cu‑MoS2的类过氧化物酶活性。此外，该纳米酶具有良好的抗菌性能，在H2O2浓度为1mM且样品浓度为50μg/mL时，其对金黄色葡萄球菌的抗菌率可达99％，有望为细菌感染的持续挑战提供有效的解决方案。

技术研发人员：李志如,孟子暄,沈佳昊
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/5