地球表层生态系统中丰富的矿物种类及其独特更多的纳米结构,激发了人们通过天然矿物原料,构筑矿物基环境功能材料的灵感。基于该理念所提出的类自然矿物工程,旨在从天然矿物纳米结构和性能中获取灵感,通过人工方法构筑与其相同或类似的化合物,以用于改善环境的宜居性。层状硅酸盐矿物作为一类天然二维纳米结构,以其大的比表面积及丰富的活性位点,被广泛用作吸附剂和载体材料。受成因、产地的影响,其成分的复杂性和加工的繁琐性,导致这类矿物难以高值化开发利用。本论文基于类自然矿物工程理念,在天然层状硅酸盐纳米结构与漆酶铜离子活性位点的启示下,以铜盐和有机硅烷试剂为前体,通过一步溶胶凝胶法构筑了系列含铜层状有机硅酸盐纳米酶。通过调控理化环境、表面功能基团和内在活性结构中心,系统探究和优化了其类酶催化性能,并结合多种表征技术阐释了其结构与催化性能间的“构-效关系”。最后,评价了其在水中酚类污染物处理中的应用潜力。通过研究得出以下结果:通过一步溶胶凝胶法构筑的铜层状有机硅酸盐纳米酶(ACP),经表征发现,其具有类似1:1型层状硅酸盐的特征。进一步分析表明,ACP兼具类漆酶和类过氧化物酶活性,且在极端温度、p H、盐度和长期储存下仍可保持50%以上的催化活性,显示出了纳米酶独特的优势。随后,机理探究显示,其活性中心为二价铜离子,类酶催化作用通过自由基中间体引发完成,表面大量的吸附氧是其发挥类酶催化作用的关键。最后,受天然漆酶降解酚类污染物的启发,构建了基于ACP的类漆酶催化聚合体系。以对苯二酚(HQ)为模型,铁氰化钾为助氧化剂,在氨性溶液中对HQ进行催化聚合。结果显示,铁氰化钾可氧化酚羟基为苯氧自由基,ACP进一步催化苯氧自由基之间的C-O耦合生成多聚物沉淀,此外,ACP还可吸附沉降铁氰化钾诱导C-C耦合产生的二聚体,使HQ在30 min内的去除率可达95.72%,远高于目前报道的其他纳米酶。表面基团是影响纳米酶催化性能的关键因素。受天然酶中酸/碱位点相互作用的启发,向ACP结构中引入羧基得到了带氨基和羧基的铜层状有机硅酸盐纳米酶(CACP)。研究显示,CACP结构中同时存在路易斯酸性位点和碱性位点,不仅显著增强了材料的水分散性,提高了对底物的亲和力,还使其类漆酶活性较ACP提高了25.5%,类过氧化物酶活性提高了35.8%,并可在极端条件下保持近90%以上的催化活性,显著优于天然酶和ACP。最后,将CACP与TMB,H_2O_2联合,构建了基于HQ检测的高灵敏比色体系,该体系对水中HQ的检测限低至23 n M,显著低于其他纳米酶构建的体系。调控活性结构中心是提高纳米酶催化性能的根本策略。受漆酶和锰过氧化物酶的启发,在ACP中引入锰离子,构筑了含有铜、锰的层状有机硅酸盐纳米酶(AMCP)。通过一系列表征测试表明,锰离子的引入使得锰铜之间发生了电子传递,形成了Mn~(3+)/Mn~(4+)和Cu~+/Cu~(2+)电对和大量氧空位。机理研究发现,电对间的协同作用及氧空位对氧气的活化作用是其催化活性发挥的基础。其中,AMCP表现类漆酶活性时,结构中的Mn为底物的结合位点,而Mn和Cu作为活性结构中心,其协同作用使得AMCP的类漆酶活性较ACP提高了404倍。此外,AMCP还具有类氧化酶活性及类过氧化物酶活性,其中Mn、Cu分别作为两种类酶效应的活性结构中心,二者互不干扰的催化活性可通过H_2O_2进行精准调控。最后,鉴于AMCP中锰铜之间高效的电子传导能力,将其用于水中4-硝基苯酚的催化还原。结果显示,Mn的存在可协同促进AMCP催化还原4-硝基苯酚,使其反应速率常数较ACP提高了2.3倍。基于上述研究,进一步构筑了含有羧基和氨基的锰铜双金属层状有机硅酸盐纳米酶(CAMCP),并以稳态动力学参数为指标,系统评价了其结构与催化活性之间的“构-效关系”。催化性能研究表明,Mn、Cu作为活性结构中心,对其类酶活性均有促进作用。其中,在催化类antibiotic-induced seizures漆酶反应时,Mn~(3+)作为底物的结合位点,而Mn和Cu~+则共同作为活性结构中心,使其类漆酶活性较ACP提高了625倍。而催化POD反应时,Mn作为底物结合位点,不仅能提高底物的亲和力,还能促进活性结构中心Cu~+/Cu~(2+)的循环,使其保持稳定的POD活性。此外,结构中的羧基可显著提高活性位点的暴露,对其催化活性的发挥具有促进作用。最后,研究发现CAMCP还具有类过氧化氢酶活性,且与Mn的含量呈正相关性,提示其在抗氧化方面也具有较大潜力。最后,受天然酶-介体系统的启发,以HQ为电子介体构建了CAMCP-HQ系统用于水中亚甲基蓝(MB)的脱色。结果发现,HQ加速了锰、铜电对的循环,使染料MB的脱色率在60 min内达到92%以上。此外,在亚甲基蓝脱色的同时,过量的羟自由基还促进了HQ降解,使其在90 min内的降解率达到了70%以上,实现了同时降解多种类、多组分有机污染物,证实了CAMCP在环境污染治理领域具有极大的应用潜力。综上,本论文基于天然层状硅酸盐纳米结构和天然漆酶活性位点的启示,设计构筑了系列铜层状有机硅酸盐纳米酶,在生物化学相关理论的指导下,结合原位矿物学分析技术,系统探究了其表面功能基团、活性结构中心对类酶催化性能的调控规律,揭示了其微观结构与催化活性间的构-效关系,并在此基础上探究了其在环境催化领域的应用潜力JAK抑制剂,为精准设计、构筑具有高效催化性能的类自然环境矿物功能材料提供科学依据和技术参考,有利于拓展应用矿物学在环境催化领域的研究。