Cu?SnS?/多金属氧酸盐复合材料的合成、表征及其作为高效光催化剂和ctDNA插入剂的应用研究

《Inorganic Chemistry Communications》：Synthesis, characterization and studies on applications of Cu 4SnS 4/polyoxometalates composites as efficient photocatalysts and ctDNA intercalators

本研究通过水热法合成Cu4SnS4及其与H3PMo12O40和H3PW12O40的复合物，表征其结构并测试光催化降解甲基蓝和DNA结合能力。结果表明，复合物2在光照下10分钟内降解效率达98%，且与牛胸DNA的相互作用类似经典插入剂。

　　近年来，随着工业化和城市化的快速发展，水污染问题日益严重，尤其是由染料引起的污染。Methylene Blue（MB）作为一种常见的染料，其残留物对水体和生态环境造成严重影响。因此，开发高效、可调节的光催化剂成为解决这一问题的关键。Polyoxometalates（POMs）因其独特的氧化还原特性、可调节的结构和生物活性，被广泛研究用于多种领域，包括光催化降解、催化、药物开发、化学传感器等。在这一背景下，研究人员通过一锅法水热合成技术，合成了三种新型化合物：Cu?SnS?（1）、Cu?SnS?/H?PMo??O??（2）以及Cu?SnS?/H?PW??O??（3）。这些化合物的结构和性能通过多种表征手段进行了详细分析，以评估其在光催化降解MB方面的潜力，并进一步探讨其与DNA的相互作用。

研究发现，Cu?SnS?作为一种p型半导体，具有良好的光响应特性，能够作为有效的光催化剂。POMs作为电子池，能够促进半导体导带中的电子转移，从而增强光催化反应的效率。在本研究中，Cu?SnS?与POMs的复合材料表现出显著的光催化活性，其中复合材料（2）在25毫克催化剂负载下，于阳光照射10分钟内实现了98%的MB降解效率，显示出较高的催化性能。此外，这些化合物还被测试了与Calf-thymus DNA（ctDNA）的结合能力，以评估其在生物领域中的应用潜力。

通过FT-IR光谱、UV-可见光谱、31P核磁共振光谱、粉末X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜-能谱（SEM-EDX）等技术，研究人员对三种化合物的结构进行了详细分析。这些表征手段的结果表明，化合物（1）、（2）和（3）具有相似的结构特征，但其与POMs的结合方式和比例不同，从而导致了不同的物理化学性质。例如，FT-IR光谱结果显示，化合物（1）中金属-硫键的特征峰出现在550-400 cm?1范围内，而化合物（2）和（3）中则表现出与Mo-O和W-O键相关的振动峰，进一步验证了其作为POMs复合材料的特性。

在研究MB降解的过程中，研究人员还优化了反应条件，包括催化剂负载量、pH值、光照时间等。实验结果表明，复合材料（2）在pH 9的条件下表现出最佳的降解效果，而其他条件对降解效率的影响相对较小。这一发现为光催化剂的设计和优化提供了重要的参考依据。

此外，为了探讨这些化合物在生物领域的应用潜力，研究人员还利用UV-可见光谱和FT-IR光谱分析了其与ctDNA的结合能力。实验结果显示，化合物（2）与ctDNA的结合能力最强，其结合常数（Kb）达到8.76×10?? M?1，表明其能够有效地与DNA结合，并可能在药物开发和生物传感等领域发挥重要作用。结合模式类似于经典的插入型结合剂，这种特性使其在DNA相互作用中具有独特的优势。

研究还发现，POMs的可调节性不仅体现在其物理化学性质上，还体现在其与不同材料的复合方式上。通过改变合成参数，如pH值、反应时间、温度等，可以进一步优化POMs的性能，使其更适用于特定的应用场景。例如，POMs的引入可以增强Cu?SnS?的光催化活性，同时降低其对DNA的结合能力，从而在不同的功能需求之间取得平衡。

在实际应用中，这些POMs复合材料不仅能够高效降解MB等有机污染物，还能在生物领域中发挥重要作用。例如，POMs的结合能力可以用于药物开发，特别是在DNA靶向药物的设计中。通过调控POMs的结构和组成，可以实现对DNA结合强度和方式的精确控制，从而提高药物的靶向性和治疗效果。此外，POMs的可调节性还使其在化学传感器和电化学传感中具有广泛的应用前景，能够用于检测环境中的污染物和生物分子。

本研究的发现表明，POMs作为一种多功能材料，具有广阔的应用前景。通过合理设计和合成POMs复合材料，可以实现对光催化活性和生物功能的双重优化，从而满足不同领域的应用需求。这不仅有助于解决水污染问题，还能推动药物开发和生物传感技术的发展。未来的研究可以进一步探索POMs在其他环境污染物降解中的应用，以及其在药物开发中的具体机制，以实现更广泛的实际应用。

总之，这项研究为POMs在光催化降解和生物功能方面的应用提供了重要的实验依据。通过合成和表征三种新型POMs复合材料，研究人员不仅验证了其在MB降解中的高效性能，还探讨了其与DNA的结合能力，为未来的研究和应用奠定了基础。这些成果有望为环境保护和生物医学领域带来新的解决方案，推动相关技术的发展和应用。