[發明專利]一種超細鉑納米線的制備方法

有效

• 申請號: 201210052261.9
• 申請日: 2012-03-02
• 公開（公告）號: CN102658371A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 高發明;張龍改;李娜;侯莉;徐子明;趙玉峰
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: B22F9/24
• 分類號: B22F9/24;B82Y40/00
• 代理公司: 石家莊一誠知識產權事務所 13116
• 代理人: 續京沙

技術領域

本發明屬于納米材料領域，特別涉及一種超細鉑納米線的制備方法。

背景技術

貴金屬鉑納米晶體因具有高效的選擇催化活性和良好的導電性，以及顯著的抗腐能力，使得它在傳感器件、催化劑和電極材料等領域的應用前景十分廣闊。

鉑納米晶的物理化學特性和選擇性均強烈依賴于粒子的形貌和尺寸，有效控制鉑納米晶的形貌和尺寸有望顯著改善鉑納米晶的物理化學特性，尤其是電催化活性。由于貴金屬價格昂貴，且價格仍在不斷攀升，最大程度地提高鉑納米晶催化劑的性價比已經成為科學研究的熱點和工業競爭的焦點。

目前人們對于鉑納米晶的研究大多局限于納米顆粒。研究證實由于結構上的各向異性，一維鉑納米線尤其是超細鉑納米線，將會顯著提高電子傳輸速率，同時顯著提高其催化活性。此外一維鉑納米線比零維的鉑納米顆粒的顯著優勢還表現在：(1)優先暴露出低能勢的晶面。低能勢的晶面對氧化還原反應的催化效果更顯著；(2)推遲具有高電勢的表面氧化層的形成，從而加速反應的動力學。因此研究具有高的長徑比的超細鉑納米線的制備具有重大意義。Sun等采用碳納米管做輔助，成功控制合成出垂直于軸向生長的刺突形貌的鉑納米線，合成出的鉑納米線直徑為2~3nm，長度最長可達100nm（Chem.?Commun.?2009，?7048–7050）。這種方法的缺點是需要復雜的設備，并且反應工藝復雜，合成的鉑納米線長徑比不高。Wong課題組也成功制備出了直徑為1.8±0.3nm，長度為100±25nm的超細鉑納米線，并且顯示出良好的電催化活性（Nano.?Lett.2010，10，2806–2811）。然而該制備方法工藝復雜，合成的鉑納米線長徑比不高，這在一定程度上妨礙了超細鉑納米線的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種工藝簡單、產量產率高、長徑比高、易于規模化生產的超細鉑納米線的制備方法。本發明主要是采用長數微米的胰島素纖維為模板，利用生物分子所具有的完善且嚴格的分子識別功能，通過物理、化學等方法按照設計要求在其表面的活性位點定位生長納米粒子，同時生物分子自身的結構特征及其空間限域效應可以對納米粒子的合成進行精確調控，從而得到具有預期形貌的超細鉑納米線。

本發明的制備方法如下：

（1）牛胰島素纖維化

按每毫克牛胰島素粉末溶于0.087～0.87mL的濃度為10～25mM鹽酸溶液中，配制成胰島素鹽酸溶液。將上述溶液裝入容器，漩渦混勻，室溫靜置待氣泡消散后，使用封口膜進行封口，將溶液于65～70℃恒溫金屬浴中加熱約5～20h，形成胰島素纖維懸液。

（2）制備超細鉑納米線

按氯鉑酸溶液：胰島素纖維懸液：硼氫化鈉的體積比=4～13：10～20：6～12。將濃度為2.5～5mM的氯鉑酸（H₂PtCl₆）溶液(pH=1.6～2)，加入到上述胰島素纖維懸液中，充分混勻，于4～10℃，50～100r/min下搖床孵化10～20h，然后逐滴加入濃度為5～10mM的硼氫化鈉(NaBH₄)還原劑溶液，于4～10℃，50～100r/min下搖床振蕩8～24h使反應完全，即得到單分散性良好直徑2～3nm，長數微米的超細鉑納米線。

本發明采用纖維化后的胰島素為模板控制合成超細鉑納米線，改變蛋白質的天然態環境，蛋白質很容易自我組裝成為不可溶解的纖維絲狀聚合體，即淀粉質纖維。胰島素分子在高濃度、低pH值、加熱的條件下很容易自我組裝成為具有3D螺旋結構的纖維絲。調整纖維化過程的加熱孵化時間，可得到直徑～12nm，長幾微米至十幾微米、在水溶液中伸展良好的胰島素纖維。胰島素纖維沒有支鏈，有很好的力學強度，在pH值范圍1-2時穩定性高。這些性質使得胰島素纖維成為一種優良的生物模板。本發明首先對胰島素進行纖維化處理，得到胰島素纖維，然后將胰島素纖維和氯鉑酸溶液進行共孵化。由于靜電作用，目標離子吸附到胰島素纖維表面的活性位點(胺基基團)上，后經還原處理，鉑納米粒子在胰島素纖維表面原位還原生長，形成直徑2～3nm，長度為數微米的超細鉑納米線。

本發明與現有技術相比具有如下優點：

1、工藝簡單、條件溫和、無需高溫高壓、環保高效、重復性好、易于實現大規模生產。

2、可獲得沿胰島素纖維軸向生長的長度微米級的超細鉑納米線，隨著氯鉑酸溶液濃度的增加，鉑納米線形貌未發生明顯變化，產量顯著增加，具有更高的長徑比和更簡單的產量調控方法。