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纳米酶（Nanozyme）是一类具有天然酶催化功能的纳米材料，其出现打破了人们对于无机纳米材料是生物惰性物质的固有认知。相比天然酶，纳米酶因价廉易得，活性可调和对环境耐受力强等优势在医疗、传感及环境等领域得到了广泛的研究，但其仍然相对较低的类酶催化活性是其实际应用受限的头号影响因子，故研究开发具有优异类酶催化性能的纳米酶意义非凡。本论文选择了兼具类酶活性和磁响应特性的Fe3O4纳米酶为研究对象，将其与具有不同微观空间结构、表面化学性质的单壁碳纳米管（SWCNT）、氧化石墨烯（GO）两种碳纳米材料（CNMs）在不同负载量下进行了复合，在检验了其受CNMs持续强化的类酶活表现后，研究进一步探索了强化纳米酶对亚甲基蓝（MB）染料的吸附、类酶催化降解的效能和机理。论文主要研究内容和成果如下：
①采用共沉淀法快速合成了SWCNT、GO负载量分别为1%、5%、10%和15%的复合Fe3O4纳米酶，对其扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和傅里叶红外光谱（FT-IR）的分析结果均证实了Fe3O4纳米粒子（Fe3O4NPs）在SWCNT和GO表面的成功附着。SEM显示，碳纳米材料的引入能有效改善纯Fe3O4NPs中大面积的粒子团聚现象，且整体负载量越高，纳米粒子排布越“蓬松”。但在15%GO负载量下，受表面过多含氧基团的强吸引力作用，Fe3O4NPs重新出现了聚集状态，表现出对其分散作用的限制甚至抑制效果。综合XRD和FT-IR的分析结果表明，SWCNT/Fe3O4纳米酶虽然拥有较高的粒子结晶度，但其或受制备、储存过程中的过氧化影响，出现了磁赤铁矿（γ-Fe2O3）的掺杂。与之相反，GO/Fe3O4中粒子纯度优良，但随着GO复合量的增加，Fe3O4NPs的结晶度在逐渐降低，而这可能导致高GO负载下纳米粒子的重新聚集。
②对制备所得纳米酶的类过氧化物酶活性检测结果表明，9种纳米酶均表现出类似过氧化物酶（POD）的催化性能，且随着CNMs的引入及负载量的提升，复合纳米酶的类酶催化活性均受到了不同程度的强化。最终，15%SWCNT、GO负载量下Fe3O4纳米酶检出的类酶活性分别为7.283?10-4U和9.870?10-4U，是纯Fe3O4纳米酶的2.68和3.63倍。
③将纳米酶应用于MB染料的吸附去除研究中，CNMs的复合能显著提高纳米酶对MB的吸附容量和吸附效率，且同样与其复合量高低呈明显正相关。其中，在5mg/L~30mg/L MB浓度范围内，15%SWCNT/Fe3O4和15%GO/Fe3O4纳米酶对MB的最大吸附容量分别为4.931mg/g和4.656mg/g，相比纯Fe3O4纳米酶的0.998mg/g，分别提高了3.941和3.665倍。从整体分析来看，SWCNT/Fe3O4纳米酶表现出比同等GO负载量下纳米酶更强的染料吸附性能，分析主要与两种CNMs表面的物化性质差异有关。吸附动力学及等温吸附拟合结果表明，9种纳米酶对MB的吸附更贴近Langmuir等温吸附模型下的准二级动力学吸附过程，表明纳米酶吸附剂对MB分子的吸附行为属于单分子层吸附且化学吸附是其重要的吸附机理，而静电吸引及π-π堆叠效应可能是主要的化学作用。
④基于CNMs强化的铁基纳米酶催化表现，在20mM~200mM H2O2浓度及5mg/L~30mg/L初始底物浓度下对比了9种纳米酶对MB类酶催化降解去除效率的差异。与吸附能力比较结果相反，GO/Fe3O4纳米酶整体对MB的类酶催化能力反而高于SWCNT/Fe3O4纳米酶，且对H2O2浓度表现出更低的依赖性。结合纳米酶表面的单分子层吸附特性分析认为，在纳米酶的类酶催化过程中，H2O2与MB在其表面可能存在竞争吸附，且GO/Fe3O4纳米酶对H2O2有更强亲和力，而SWCNT/Fe3O4对MB亲和力更高。
⑤活性氧淬灭实验表明，纳米酶的类酶催化活性来自类芬顿反应过程，羟基自由基（·OH）是催化体系中主要的活性中间物质。综合全文分析提出CNMs强化铁基纳米酶催化性能的机理主要源于其对纳米酶整体结构、性能的改变。结构上，CNMs的引入实现了Fe3O4NPs分散度的提升，提高了其催化接触面积。性能上，CNMs同样作为一类纳米酶，其与Fe3O4纳米酶复合可能表现类酶催化活性的协同作用；其次，CNMs的复合有利于增强纳米酶对底物亲和力；最后，电化学分析表明，CNMs还可以作为铁基纳米酶和H2O2二者间的电子导体并加速氧化还原反应过程中电子的交换转移过程，提高催化效率。
⑥经5次循环利用的复合纳米酶比Fe3O4纳米酶表现出了更低的类酶活性稳定性，可能是分散在CNMs表面的Fe3O4NPs比处于聚集状态下的粒子更不稳定，易发生反复提取过程中活性位点的减少和钝化。
①采用共沉淀法快速合成了SWCNT、GO负载量分别为1%、5%、10%和15%的复合Fe3O4纳米酶，对其扫描电镜（SEM）、X射线衍射（XRD）和傅里叶红外光谱（FT-IR）的分析结果均证实了Fe3O4纳米粒子（Fe3O4NPs）在SWCNT和GO表面的成功附着。SEM显示，碳纳米材料的引入能有效改善纯Fe3O4NPs中大面积的粒子团聚现象，且整体负载量越高，纳米粒子排布越“蓬松”。但在15%GO负载量下，受表面过多含氧基团的强吸引力作用，Fe3O4NPs重新出现了聚集状态，表现出对其分散作用的限制甚至抑制效果。综合XRD和FT-IR的分析结果表明，SWCNT/Fe3O4纳米酶虽然拥有较高的粒子结晶度，但其或受制备、储存过程中的过氧化影响，出现了磁赤铁矿（γ-Fe2O3）的掺杂。与之相反，GO/Fe3O4中粒子纯度优良，但随着GO复合量的增加，Fe3O4NPs的结晶度在逐渐降低，而这可能导致高GO负载下纳米粒子的重新聚集。
②对制备所得纳米酶的类过氧化物酶活性检测结果表明，9种纳米酶均表现出类似过氧化物酶（POD）的催化性能，且随着CNMs的引入及负载量的提升，复合纳米酶的类酶催化活性均受到了不同程度的强化。最终，15%SWCNT、GO负载量下Fe3O4纳米酶检出的类酶活性分别为7.283?10-4U和9.870?10-4U，是纯Fe3O4纳米酶的2.68和3.63倍。
③将纳米酶应用于MB染料的吸附去除研究中，CNMs的复合能显著提高纳米酶对MB的吸附容量和吸附效率，且同样与其复合量高低呈明显正相关。其中，在5mg/L~30mg/L MB浓度范围内，15%SWCNT/Fe3O4和15%GO/Fe3O4纳米酶对MB的最大吸附容量分别为4.931mg/g和4.656mg/g，相比纯Fe3O4纳米酶的0.998mg/g，分别提高了3.941和3.665倍。从整体分析来看，SWCNT/Fe3O4纳米酶表现出比同等GO负载量下纳米酶更强的染料吸附性能，分析主要与两种CNMs表面的物化性质差异有关。吸附动力学及等温吸附拟合结果表明，9种纳米酶对MB的吸附更贴近Langmuir等温吸附模型下的准二级动力学吸附过程，表明纳米酶吸附剂对MB分子的吸附行为属于单分子层吸附且化学吸附是其重要的吸附机理，而静电吸引及π-π堆叠效应可能是主要的化学作用。
④基于CNMs强化的铁基纳米酶催化表现，在20mM~200mM H2O2浓度及5mg/L~30mg/L初始底物浓度下对比了9种纳米酶对MB类酶催化降解去除效率的差异。与吸附能力比较结果相反，GO/Fe3O4纳米酶整体对MB的类酶催化能力反而高于SWCNT/Fe3O4纳米酶，且对H2O2浓度表现出更低的依赖性。结合纳米酶表面的单分子层吸附特性分析认为，在纳米酶的类酶催化过程中，H2O2与MB在其表面可能存在竞争吸附，且GO/Fe3O4纳米酶对H2O2有更强亲和力，而SWCNT/Fe3O4对MB亲和力更高。
⑤活性氧淬灭实验表明，纳米酶的类酶催化活性来自类芬顿反应过程，羟基自由基（·OH）是催化体系中主要的活性中间物质。综合全文分析提出CNMs强化铁基纳米酶催化性能的机理主要源于其对纳米酶整体结构、性能的改变。结构上，CNMs的引入实现了Fe3O4NPs分散度的提升，提高了其催化接触面积。性能上，CNMs同样作为一类纳米酶，其与Fe3O4纳米酶复合可能表现类酶催化活性的协同作用；其次，CNMs的复合有利于增强纳米酶对底物亲和力；最后，电化学分析表明，CNMs还可以作为铁基纳米酶和H2O2二者间的电子导体并加速氧化还原反应过程中电子的交换转移过程，提高催化效率。
⑥经5次循环利用的复合纳米酶比Fe3O4纳米酶表现出了更低的类酶活性稳定性，可能是分散在CNMs表面的Fe3O4NPs比处于聚集状态下的粒子更不稳定，易发生反复提取过程中活性位点的减少和钝化。