甲烷氧化菌素介导的纳米金合成及催化特性

纳米金催化是目前国内外研究热点。甲烷氧化菌素（Mb）是甲烷氧化菌向周围环境中释放的捕获铜的小肽，与Mb结合的Cu(II) 可被还原为Cu(I)而富集在细胞内供颗粒性甲烷单加氧酶表达需要。Mb还能络合Au（III）并将其还原为零价，因此可以用于纳米金合成。本研究拟在限铜条件下培养甲烷氧化菌使其分泌Mb并对Mb进行分离纯化，利用Mb同时具有的络合还原Au（III）能力、对单质金的稳定能力、催化电子由电子供体向金属离子传递的还原酶活性，制备Mb稳定的纳米金。通过Mb和金的比例、添加电子供体化合物调控Au(III)还原速度、改变Mb中含硫官能团类型等，探究合成条件对纳米金的大小形状、尺寸分布、稳定性和催化性质的影响。运用紫外-可见、红外、透射和扫描电镜、XPS等进行结构表征，了解结构与性质之间关系。利用胶体负载法将纳米金粒子负载于载体上，考察其在苯乙烯环氧化和对硝基苯酚还原反应中的催化性能。

甲烷氧化菌素（Mb）是甲烷氧化菌向周围环境中释放的捕获铜的小肽。本研究基于Mb的铜亲和性建立了对Mb进行定量检测的铬天青比色法。研究了铜离子浓度对Mb产量的影响。发现在铜离子存在下Mb能够提高颗粒性甲烷单加氧酶（pMMO）的活性，推测其参与了pMMO活性中心的电子传递。利用HP20大孔树脂、supelco LC-C18固相萃取和固定化金属亲和层析成功地对Mb进行了分离纯化。通过飞行时间质谱液质联用仪、紫外光谱和荧光光谱对Mb结构进行了表征， 核质比1215.696的物种与文献报道的 [Mb - 2H +63Cu+]1-物种的核质比1215.7完全一致。紫外光谱和荧光光谱提示Cu（II）和Au（III）可能都与Mb的硫酰唑酮基团结合。使用Mb-Cu配合物探索了Mb作为SOD和过氧化物酶模拟物的可行性，建立了Mb-Cu催化氧化对苯二酚的动力学模型。发现Mb-Cu符合生物催化剂条件影响的一般规律，但较生物酶具有更高的热稳定性。研究结果表明Mb-Cu可作为催化氧化对苯二酚的过氧化物酶模拟酶和SOD模拟酶。Mb能络合Au(Ⅲ)并将其还原为零价，据此建立了Mb介导的单分散纳米金一步合成方法。使用对苯二酚作为外源电子供体可以实现Au(Ⅲ)的持续还原。通过紫外-可见、荧光、红外、扫描电镜、XPS等进行结构表征，发现溶液中Mb和Au(Ⅲ)的比值可以影响纳米金的大小、形状、尺寸分布、稳定性和催化性质。可能的反应机理为：Mb 首先催化Au（III）还原为Au（0），Au（0）聚集后形成结合Mb 的单质金纳米岛，接下来在单质金纳米岛表面持续发生Mb 催化的Au（III）还原，产生的Au（0）在纳米岛周围聚集导致纳米金不断生长。在纳米岛外的溶液中由于没有游离的Mb 存在，避免了单质金晶核的二次形成过程。Mb结合在纳米金同时起到稳定纳米金作用，合成的纳米金具有极高的稳定性。采用Au（III）浸渍Al2O3后利用Mb还原制备高分散性的Au(0)/Al2O3催化剂，考察了其在葡萄糖氧化生成葡萄糖酸和对硝基苯酚还原反应中的催化性能。发现三聚氰胺与Mb的通过强的电子供体-受体相互作用干扰了Mb介导纳米金合成，据此建立了基于Mb介导纳米金合成过程的三聚氰胺快速可视化检测方法。建立了纳米金比色法测定脂肪酸淀粉酯取代度的方法，发表论文SCI收录10篇，EI收录16篇，申请专利授权4项，获省自然科学三等奖1项