[發明專利]以菌絲為模板制備孔徑可控的石墨烯管的方法

有效

• 申請號: 201410085869.0
• 申請日: 2014-03-10
• 公開（公告）號: CN103950918A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 陳志剛;劉成寶;錢君超;陳豐;徐政;何鳳娟;李萍
• 申請（專利權）人: 蘇州科技學院相城研究院
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明屬于材料制備領域，具體涉及一種以菌絲為模板制備孔徑可控的石墨烯管的方法。

背景技術

碳元素可借助不同的雜化方式由碳原子緊密排列構成的苯環結構而形成二維單層石墨烯材料，這一特征吸引著眾多科學家的目光。石墨烯的基本結構單元為六元環，是最理想的二維納米材料，垂直于石墨烯晶面方向上的π鍵使其具有優異的導電性能，其電子遷移率可達200000?cm²/(V·s)。二維石墨烯片層能通過卷曲、堆疊形成無縫管狀結構，并具有不同的管壁數以及不同尺度的管徑，由石墨烯組成的圓筒狀碳管是一種超輕材料，適宜加工成各種亞微米級的器件，加之本身優異的光學、導熱和導電性能，可用于光化學、拉曼光譜、能源儲存與轉化、化學傳感等諸多領域。

鑒于這類低維碳材料具有的巨大潛在應用價值，人們對其的制備研究產生了極大的興趣，目前制備石墨烯的方法有固相法、液相法及氣相法三種途徑，其中氣相法最為精確，然而其需要高品質的基底而導致成本過高。另外，傳統的機械剝離法及外延生長等固相方法，因大多需要高定向熱解石墨，且石墨片依附于固體表面導致產量低，成本高昂，都不適合大規模地生產石墨烯。現較為流行的液相法是實現石墨烯量產的有效途徑，但大多液相法所使用的酸液污染嚴重，危險性較高，需要較高的反應溫度，能耗較大。石墨烯管材料具有優異的電子遷移率、熱導率和力學性能，是有望于2025年之后取代硅的新一代納米電子材料，但低成本生產高質量且可調控的石墨烯及石墨烯管一直是工業上的難點。制備石墨烯管的方法也基本集中于電弧法、激光蒸發法及化學氣相沉積法上，不但需要劇烈的反應來分解碳源，還需繁瑣的步驟和復雜的工藝控制，且最后的產物常混有如無定形碳等雜質，需加以物理上的如過濾、離心等手段進一步提純，嚴重阻礙了這類材料的工業化生產。

利用生物體自身蛋白引導生物大分子自組裝而成的特殊結構為模板制備各種先進微納米材料是近年來發展迅速的材料制備方法，該方法具有工序簡單、成本低廉、可擴大化生產等優點。經過了十多年的發展，材料學家利用天然生物材料作為模板，制備出了各種新奇的高性能碳材料。Macedo和Barreto在2008年在CO₂氣氛下，以椰子纖維為模板，在800?℃下煅燒，可以得到具有特殊生物形貌的粉狀或者片狀活性碳。2012年Zhu等在Chem.?Commun雜志上報道了以豆奶為模板，合成了摻雜氮的熒光納米點，這種新材料在氧還原反應中體現出了良好的電催化性能。因此，可以看到生物模板在制備碳材料方面有得天獨厚的優勢，其本身所含的蛋白質、核酸、糖類都是天然分布的碳源，只要找到適合的生物結構，并加以擴大培養，即可得到大量的優質碳材料。

真菌是分布最為廣泛的一類生物，迄今被描述的真菌已達7萬多種，而全球真菌種類應超過150萬種。真菌具有各種特殊的形態，其中菌絲是真菌體的基本組成結構，它是由長形細胞構成的管狀結構，并隨著真菌種類有所不同，較適合作為制備碳類新材料。目前尚未見過關于利用真菌合成孔徑可控的石墨烯管材料的相關報道。

發明內容

本發明的目的是改進現有技術制備石墨烯管方法中的不足，提供一種以菌絲為模板制備孔徑可控的石墨烯管的方法。該制備方法成本低廉，步驟簡單，避免了以往各種對設備要求較高的化學及物理制備石墨烯管法所帶來的繁瑣步驟和復雜工藝。本發明以菌絲作為模板，通過調控真菌的生長條件，得到大量菌絲，再由氮氣保護下的高溫煅燒除去模板中的雜質，從而得到成型的材料；選用不同的生長條件下的菌絲，可以得到不同孔徑和管壁數的石墨烯管材料。

本發明的目的是通過以下技術方案實現：

以菌絲為模板制備孔徑可控的石墨烯管的方法，包括以下步驟：

（1）配制液體培養基；將土壤樣品用無菌水稀釋，涂抹在固體培養基表面，經過培養，長出單個真菌菌落，即可得到真菌菌種；

（2）真菌的接種與觀察：1）接種：將菌株接種到液體培養基中，然后放于溫控搖床中培養。2）觀察：在培養24小時之后每間隔8小時觀察生長情況，確定菌體的生長期；

（3）菌絲的分離：當菌絲生長到所需孔徑時，將液體培養基取出至離心管進行離心，離心后倒出上層溶液，加入超純水，重復離心洗滌數次，并加以干燥；

（4）對獲得的菌絲進行熱處理：將步驟（3）獲得的菌絲放入坩堝，置于管式爐中，通以氮氣保護，加熱到500～800?℃，并保溫2小時后自動降溫；

（5）煅燒結束后，將制備得到的石墨烯管取出冷卻。