化学动力学疗法(CDT)利用肿瘤细胞内源性H₂O₂与芬顿催化剂反应生成高毒性的羟基自由基(•OH), 从而杀死肿瘤细胞, 但内源性H₂O₂不足和纳米粒子转运效率较低导致抗癌效果不理想。本研究制备了一种分散性良好、尺寸较小的铜掺杂介孔二氧化硅(Cu-MSN), 负载化疗药物阿霉素(DOX)和抗坏血酸盐(AA)后, 表面经叶酸(FA)和二甲基马来酸酐(DMMA)改性的壳聚糖(FA-CS-DMMA)以及羧甲基壳聚糖(CMC)包裹, 得到pH响应型靶向纳米催化剂FA-CS-DMMA/CMC@Cu-MSN@DOX/AA(缩写为FCDC@Cu-MSN@DA)。扫描电镜显示纳米粒子FCDC@Cu-MSN@DA粒径约为100 nm。体外48 h内Cu²⁺释放量可达80%, 药物DOX释放达到57.3%。释放的AA经自氧化后产生H₂O₂, 诱导Cu²⁺发生类芬顿反应, 从而增强CDT。细胞实验证明, FCDC@Cu-MSN@DA联合化疗药物表现出优异的抗肿瘤活性, 说明该多功能纳米催化剂在癌症治疗中具有潜在应用前景。

随着工业的快速发展, 相关制造领域排放的污水重金属铜离子污染愈发严重。与此同时, 催化领域对铜金属资源的需求却不断增加。本研究利用粉煤灰和改性剂聚乙烯亚胺(PEI)制备了低成本改性水合硅酸钙(PCSH), 用于吸附水溶液中的铜离子(Cu(II)), 并进一步碱处理固定于表面的Cu(II), 形成铜基活性材料用于有机污染物的催化降解。相比于未改性的样品(CSH), PCSH对Cu(II)的饱和吸附容量提高100%, 高达588 mg/g。研究发现, 这主要是因为添加PEI有利于形成较大的比表面积、优良的孔隙结构以及Cu(II)与-NH₂之间的强络合。从PCSH获得的铜基催化剂呈现纺锤形多孔形貌, 作为催化剂分别用于活化过氧硫酸氢钾(PMS)氧化降解罗丹明B(RhB)和活化硼氢化钠(NaBH₄)还原降解4-硝基苯酚(4-NP), 速率常数达到0.7135 /min (pH (7.0±0.3); [RhB]= 20 mg/L; [PMS]= 0.12 g/L; [催化剂]= 0.8 g/L)和11.47×10^-3 /s (pH (11.0±0.3); [4-NP]= 10^-4 mol/L; [NaBH₄]= 5×10^-3 mol/L; [催化剂]= 0.167 g/L), 是CSH催化剂体系的20和19倍。本工作利用固体废弃物粉煤灰实现了水溶液中铜元素的再利用, 为水中污染物的有效处理和利用提供了新启示。

为克服测试时环境变化对荧光检测的影响，我们设计合成了比率型荧光探针，利用双波长的荧光发射来有效消除背景干扰。本文以邻苯二胺、四硼酸钠和1?甲基?3?烯丙基咪唑溴盐为反应前体，利用一步水热法合成了基于碳点双发射的荧光探针L?CDs，并实现了对铜离子（Cu²⁺）的双信号响应。L?CDs表现出荧光双发射现象，当激发波长为380 nm时，呈现出440 nm和570 nm的双发射峰。Cu²⁺可使探针在440 nm处的荧光发射强度减弱，同时570 nm的荧光发射峰增强。Cu²⁺浓度在0.04~0.244 mmol/L范围内时，与荧光比率信号（F₅₇₀/F₄₄₀）表现出良好的线性相关，检出限（LOD）为0.6 μmol/L。所构建的荧光探针可用于实际水样中Cu²⁺的检测，回收率为99.4% ~ 101.8%。

铜与铜合金广泛应用于核材料领域，对于材料腐蚀控制和氢爆风险评估，含铜离子水溶液辐解的影响必须予以考虑。本工作开展了含铜离子水溶液γ辐解实验，探究了不同吸收剂量、吸收剂量率和Cu²⁺浓度对H₂O₂、O₂和H₂生成的影响。实验结果表明：随着吸收剂量的增加（0~1.80 kGy），H₂O₂和气相中H₂的浓度先增大后趋于稳态，其稳态浓度分别为5.41×10^-6 mol/L和7.91×10^-5 mol/L，而气相中O₂的浓度则维持在9.04×10^-4 mol/L。Cu²⁺的存在使H₂、H₂O₂的平衡浓度分别提升一个和两个数量级，对H₂O₂、H₂的生成起到促进作用，但对O₂的生成基本没有影响。H₂O₂和H₂的平衡浓度随着吸收剂量率的增大而升高，当吸收剂量率从1.40 Gy/min增大到46.93 Gy/min，其平衡浓度分别从4.56×10^-6 mol/L和1.78×10^-5 mol/L升高到2.46×10^-5 mol/L和3.81×10^-4 mol/L，而在此吸收剂量率范围内O₂基本不受影响。同时，基于水辐解反应动力学和气液两相传质双膜理论，我们构建了含铜离子水溶液辐解计算模型。模拟结果与实验数据相比，标准化平均偏差的绝对值基本在1%~7%之间，最大约24%，证明了计算模型的有效性和正确性。在此基础上，运用该模型计算了C⁶⁺离子辐照下含铜离子水溶液的辐解行为，模拟结果与文献报道的实验数据吻合良好，表明模型具备可扩展性。

二价金属离子Cu²⁺在很多工矿企业周围水源及土壤中存量超标, 造成生态环境恶化, 传统的药剂及生物处理容易产生二次污染。 黄腐酸由性质相似分子团簇构成, 具有水溶性好、 络合作用强及化学活性高的特点, 对环境中Cu²⁺分布、 迁移和生物利用度可以实现高效控制与环保处理, 是近年科学研究热点。 现代多光谱表征分析有助于揭示黄腐酸与金属离子作用过程构效关系变化、 环境效应及重金属离子迁移行为规律, 对黄腐酸与Cu²⁺络合过程特点及作用机理研究具有重要科学价值。 综述了近年来黄腐酸与Cu²⁺络合作用相关基础理论研究, 通过红外光谱、 三维荧光光谱及差分光谱等方法对黄腐酸与Cu²⁺络合前后表征对比分析和学科交叉协同研究, 探讨了pH、 离子浓度以及黄腐酸组分构成差异等对络合过程的影响, 揭示了黄腐酸与Cu²⁺络合作用位点的结构特性及作用规律, 羧基与酚羟基等含氧酸性官能团是Cu²⁺与黄腐酸络合的主要位点, 羧基型位点络合Cu²⁺作用显著, 酚羟基型位点有助于增加Cu²⁺络合物稳定性, 含氮官能团也在络合过程中发挥重要作用。 在此基础上, 进一步指出pH值的变化将改变黄腐酸活性位点对Cu²⁺的亲和力, 原因主要与活性位点上Cu²⁺与H⁺之间的离子交换以及黄腐酸的静电吸引力有关; 不同结构特征的黄腐酸对Cu²⁺络合效果主要体现在具有不同数量的酚羟基、 羧基以及含氮官能团活性位点; 溶液中共存Fe³⁺, Mg²⁺和Al³⁺等离子会与Cu²⁺在黄腐酸的活性结合位点上产生显著络合竞争; 同时溶液环境中K⁺和Na⁺等非强吸附作用离子浓度增加, 使得溶液中大量正电荷离子就近进入黄腐酸的电子层而增强电荷屏蔽效应, 进而也抑制Cu²⁺与黄腐酸络合。 总结并展望了黄腐酸相关学科技术理论在现代农业、 生态修复及环境治理等领域科学应用共存的问题及挑战。

过氧化氢(H₂O₂)在食品工业、 环境监测分析、 燃料电池、 临床诊断等领域得到十分广泛的应用。 过氧化氢不仅是严重疾病的生物标志物, 也是重要的食品添加剂。 无论从食品安全还是人类健康考虑, 对过氧化氢构建简便、 快速、 灵敏的检测方法具有重要意义。 比色法因具有易操作、 成本低及检测结果可视化等优点被广泛关注。 比色法普遍使用的酶是辣根过氧化物酶(HRP)。 但天然酶存在易失活、 生产成本高及稳定性差等不足。 纳米酶克服了HRP易失活的缺点。 然而部分纳米酶合成复杂、 需要表征、 水溶性差及催化活性低等。 与HRP和纳米酶相比, 具有类过氧化物酶性质的铜离子(Ⅱ), 不仅具有灵敏度高的特点, 而且不需要复杂的合成、 易获得、 易储存、 不需修饰可直接使用、 操作简单及分析成本低廉等优势。 铜离子(Ⅱ)类酶能够通过催化过氧化氢生成羟基自由基, 氧化3,3’,5,5’-四甲基联苯胺(TMB)而产生氧化态TMB, 使溶液的颜色由无色逐渐转变为蓝色, 从而产生光信号, 这些光信号可以肉眼识别和通过紫外分光光度计检测。 基于上述原理构建过氧化氢的快速比色传感并应用于银耳样品的检测。 实验考察了体系中过氧化氢浓度、 pH值、 温度等因素对吸光度的影响。 选择缓冲溶液pH值为3.0, 温度40 ℃, TMB和铜离子(Ⅱ)浓度分别为6.0×10^-4和8.0×10^-3 mol·L^-1, 反应时间为20 min。 在最优条件下, 过氧化氢浓度与体系的吸光度值呈良好的线性关系, 线性范围是0.08~40 μmol·L^-1, 检测限为0.14 μmol·L^-1。 该法可检测银耳中过氧化氢的浓度, 加标回收率在97.10%~107.08%之间, 相对标准偏差(RSD)小于5%。 该研究无需特殊检测设备条件下实现过氧化氢的简单、 快速、 成本低廉且灵敏的可视化检测, 有利于过氧化氢的定量检测在食品领域和临床上的快速推广。