[發明專利]一種石墨烯金納米顆粒復合材料的生物合成方法

有效

• 申請號: 201410235582.1
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN104004788B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 柳廣飛;董彬;周集體;金若菲
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C12P3/00
• 分類號: C12P3/00;C12R1/01
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 趙連明;梅洪玉

技術領域

本發明屬于生物合成納米材料領域，涉及一種石墨烯金納米顆粒復合材料的生物合成方法。

背景技術

納米材料廣義上是指三維空間內至少有一維處于納米尺度范圍或者由該尺度范圍的物質為基本結構單元所構成的材料的總稱，具有獨特的光學、磁學、電學及催化性能。納米級別貴金屬催化劑具有較大的比表面積和較高的催化活性，但催化劑在使用過程由于其自身較高的表面能容易發生聚集，催化效率降低。將金屬納米顆粒負載到具有一定空間結構的載體上可以有效的抑制金屬納米顆粒的聚集，提高催化劑的使用壽命。石墨烯是由具有平面六元環結構的單層碳原子構成的單質，比表面積大，機械強度高，具有優異的電學和光學性能，近年來受到人們的關注。以石墨烯為載體能夠顯著提高貴金屬納米催化劑的催化性能，Li?J等在2012年Journal?of?Materials?Chemistry第22卷第8426-8430頁、Liu?S等在2011年Carbon第49卷第3158-3164頁以及Sahu?SC等在2013年Nanoscale第5卷第11265-11274頁發表的論文報道了化學法合成石墨烯金屬納米復合材料。但化學法在合成過程中利用了大量的有毒化學試劑，同時還要求高溫高壓的操作條件，具有很大的環境和生態風險。生物合成納米材料技術，即生物細胞利用生物活性分子于細胞內或細胞外自組裝成納米材料的技術，是近年來隨著納米技術、生物技術和材料科學等學科的進步而逐漸交叉發展起來的新興領域。與傳統的應用物理和化學方法的納米材料合成技術相比，生物合成納米材料技術具有清潔、無毒、環境友好，反應條件溫和可控，不需額外添加還原劑，效率高等優點，因而成為納米材料合成領域研究熱點。微生物在自然界分布廣，易分離培養，生長繁殖快，結構簡單易于操作，已被廣泛用于生物合成納米材料研究，并取得了較大研究進展，如Suresh?AK等在2011年Acta?Biomaterialia第7卷第2148-2152頁、Tuo?Y等在2013年Bioresource?Technology第133卷第606–611頁以及Ng?CK等在2013年RSC?Advances第3卷第22498-22503頁所發表的論文報道了利用微生物合成金屬納米顆粒；Wang?G等在2011年Nano?Research第4卷第563-570頁、Salas?EC等在2010年ACS?Nano第4卷第4852-4856頁以及Liu?G等在2013年Bioresource?Technology第149卷第503-508頁則報道了利用微生物合成石墨烯。而目前還沒有有關利用微生物合成石墨烯金屬納米復合材料研究的報道。

采用微生物合成石墨烯金納米顆粒復合材料，合成方法清潔、無毒、環境友好并且反應條件溫和、產量高，材料催化活性高，循環利用率高。

發明內容

為了解決合成石墨烯金屬納米復合材料對化學試劑和反應條件的苛刻要求，提高催化活性和循環利用率等問題。本發明提供石墨烯金納米顆粒復合材料的生物合成方法，具有反應條件溫和，時間短，材料催化活性高，循環利用率高等特點。

一種石墨烯金納米顆粒復合材料的生物合成方法，具體步驟如下：

步驟1：異化金屬還原菌的培養：采用異化金屬還原菌作為制備石墨烯金納米顆粒復合材料的微生物菌種；

步驟2：石墨烯氧化物水溶液的制備：采用石墨烯氧化物作為石墨烯合成的前體物；

步驟3：石墨烯金納米顆粒復合材料的生物合成方法：

將石墨烯氧化物水溶液和含Au(III)的溶液混合不少于1h后投加到處于對數生長期末期的異化金屬還原菌液中；其中，異化金屬還原菌液中石墨烯氧化物的濃度為：0.1～0.3g/L；異化金屬還原菌液中Au(III)的濃度：0.5～1.5mmol/L；在25～35℃，150～250rpm條件下反應24～72h，獲得生物合成的石墨烯金納米顆粒復合材料。

所述的異化金屬還原菌為Shewanella?oneidensis?MR-1。

所述的處于對數生長期末期的異化金屬還原菌液是將異化金屬還原菌在30℃，200rpm條件下培養24h得到的。

所述的異化金屬還原菌液中石墨烯氧化物和Au(III)的濃度分別為0.24g/L和0.78mmol/L。

步驟3中在30℃，200rpm條件下反應48h，獲得生物合成的石墨烯金納米顆粒復合材料。

所述的石墨烯金納米顆粒復合材料上金納米顆粒粒徑為10～20nm。