刘孟, 徐毅, 杨帆, 周全, 任晶, 任瑞鹏, 吕永康

高等学校化学学报 2025, 46 (2): 20240368-. DOI:10.7503/cjcu20240368

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在醋酸缓冲溶液中于室温合成了COF-LZU1，并用于固定化漆酶和辣根过氧化物酶. 通过优化反应浓度、时间、缓冲溶液pH值、温度、洗涤溶剂和干燥方式等条件，在pH=4.5的醋酸缓冲溶液中，于室温下搅拌30 min，合成了具有高结晶度的COF-LZU1，其比表面积高达501 m²/g，且具有较高的热稳定性(480 ℃). 在最优反应条件下，以COF-LZU1为载体，采用原位包埋法对漆酶和辣根过氧化物酶进行固定化，并对其性质进行了研究. 实验结果表明，固定化酶的活性高达84.26%和73.66% (相对于游离酶活性)，且在循环使用10次后，其相对活性仍保持约80%. 通过多个结合位点， COF-LZU1可有效稳定酶的活性构象，使其不易发生结构变形，提高了酶的热稳定性、 pH稳定性和重复使用性等. 醋酸缓冲溶液是生化实验中常用的缓冲溶液，本研究中其既作为溶剂又作为催化剂，与现有合成方法相比，该方法更有利于提高生物分子的稳定性，并有望为固定化酶提供新的解决方案.

COFs是2个单体之间碰撞生成的无定形聚合物通过“自我修复”形成的共价有机多孔框架材料［25］. 因此，当反应物浓度过高时，无定形聚合物的合成速率较快，无时间进行充分的“自我修复”，使产物的结晶度降低. 当反应物浓度过低时，单体分子间碰撞的概率显著降低，使聚合物产率降低，无充足的聚合物进行后续的“自我修复”，导致产物的结晶度降低. 因此，首先考察了反应物浓度的影响. 在10 mL醋酸缓冲溶液中（BTCA溶于5 mL醋酸缓冲溶液， PA溶于5 mL醋酸缓冲溶液），加入不同总质量的单体（BTCA/PA摩尔比为2∶3），保持其它反应条件不变，通过PXRD测试比较产物的结晶度. 图1（A）为不同质量的单体在10 mL醋酸缓冲溶液（pH=4.5）中于室温下搅拌30 min后所得产物的PXRD谱图和COF-LZU1的标准模拟谱图. 位于2θ=4.88°， 8.25°， 10.34°， 12.28°和26.28°处的衍射峰可分别对应于（100），（110），（200），（210）和（001）晶面［26］，与COF-LZU1的标准模拟谱图衍射峰一致，且无杂质峰，表明已合成了COF-LZU1. 单体总质量为64 mg的产物PXRD谱图显示出强的衍射峰，表明其具有较高的结晶度，当单体总质量高于或低于64 mg时，产物的PXRD谱图衍射峰与标准模拟谱图一致，但衍射峰强度较弱. 因此，在后续反应条件优化中，均以10 mL醋酸缓冲溶液和64 mg单体（BTCA/PA摩尔比为2∶3）为条件进行实验.

图1（B）为室温和常压下64 mg单体在10 mL pH=4.5的醋酸缓冲溶液中反应不同时间后所得产物的PXRD谱图，产物的衍射峰与COF-LZU1标准模拟谱图一致. 随着反应时间（30 min~24 h）的延长， COF-LZU1的衍射峰强度增大，表明结晶度明显提高. 图S1（见本文支持信息）为不同反应时间制得的COF-LZU1的SEM照片，可见随着反应时间的延长，产物的形貌由球状逐渐变为纳米花状. PXRD和SEM表征结果表明，反应30 min时可合成出具有球形结构的COF-LZU1，明显比溶剂热法和其它室温合成方法快［19~22］. 随着反应时间的增长，聚合物可进行充分的“自我诊断”和“自我修复”，使产物的结晶度提高，最终形成具有高结晶度的COF-LZU1.

图1（D）为64 mg单体在10 mL pH=4.5的醋酸缓冲溶液中，在不同温度下反应30 min后所得产物的PXRD谱图. 可见，随着温度的升高，样品的衍射峰半峰宽变宽，即升高温度不利于增加COF-LZU1的结晶度. 这是因为反应温度升高促进了醋酸电离，从而增强了醋酸缓冲溶液的酸性. 由图1（C）可见， pH过高或过低均会降低产物的结晶度. 因此，在pH=4.5的醋酸缓冲溶液中，最适反应温度为室温.

由图S4（见本文支持信息）可见， COF-LZU1在1580 cm-1处显示出强的C=N伸缩峰，表明形成了亚胺键. 与反应物BTCA和PA的FTIR谱图相比， COF-LZU1的醛基带（1620 cm?1）和氨基带（3420 cm?1）明显减弱且略有偏移，这是因为醛与伯胺缩合形成了亚胺键［26］. 1620和3420 cm?1处的峰可分别对应于COF-LZU1末端残留的醛基和氨基.