[發明專利]一種紫膜-金屬氧化物納米復合材料的制備方法及其應用

在審

• 申請號: 201610271357.2
• 申請日: 2016-04-28
• 公開（公告）號: CN106732794A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 劉愛驊;韓磊
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: B01J31/28
• 分類號: B01J31/28;C02F1/30;C02F101/30;C02F101/34
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司21002
• 代理人: 李穎,周秀梅

技術領域

本發明涉及納米材料和光催化領域，具體包括一種紫膜-金屬氧化物納米復合材料的合成及其應用。

背景技術

納米技術是指在1?100納米的尺度內，研究功能性材料的性質和應用、設備系統的制造的技術。納米技術是現代科學和現代技術結合的產物，納米技術又將引發一系列新的交叉學科或技術，如納米物理學、納米生物學、納米化學和微納加工技術等。納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍（1?100 nm）或由它們作為基本單元構成的各種固體超細材料。由于它具有表面效應、界面效應和小尺寸效應等，從而呈現出傳統材料所沒有的性能和獨特的光、電、磁和化學特性，在催化、電化學及光電化學、分析化學、環境治理等領域得到了廣泛的應用。

眾所周知，很多生命現象發生在納米水平。例如，核酸與蛋白質就是執行生物功能的重要納米元件，是優異的天然的生物納米材料。紫膜（purple membrane，簡稱PM）為鹽生鹽桿菌（Halobacterium halobium）和紅皮鹽桿菌（Halobacterium cutirubrum）等嗜鹽菌在光照下在細胞膜上形成的斑狀紫色膜。紫膜在嗜鹽菌原生質膜上以碎片形式存在，形成紫膜的唯一蛋白質細菌視紫紅質（bacteriorhodopsin，簡稱bR）以三聚體形式的二維六角形晶格排列在天然紫膜中，蛋白占紫膜干重的75%，其余25%為類脂。細菌視紫紅質是一種248個氨基酸殘基組成的光敏蛋白, 其分子量為26 kDa。bR以紫色的視黃醛作輔基，在光誘導下吸收光子后產生一系列的光循環中間體，最后又回到原始狀態。在bR的光循環過程中發現了紫膜的光電轉換過程，這種獨特的光驅色變和光電響應特性使bR成為光學研究中的理想材料。

生物模板納米材料，屬于生物納米材料，即以各種天然的生物材料（蛋白質、DNA、細胞、噬菌體、紫膜）為模板（成核位點），模擬生物礦化過程，生成納米尺寸的材料或具有納米結構的材料。生物模板合成技術源于人們對自然現象的理解，其生物原型有鐵蛋白、驅磁細菌的磁小體、骨骼及雞蛋殼等生物礦化材料，此方法避免了有機溶劑的使用、不溫和的合成條件及復雜的合成步驟。充滿魅力的大自然給人們提供了豐富的天然生物模板，促使人們對多種多樣的生物模板成生了濃厚的興趣。經對現有文獻的檢索發現，科研人員利用紫膜紫膜作模板合成了紫膜-貴金屬納米球復合材料。Zhao等人在《Bacteriorhodopsin/Ag Nanoparticle-Based Hybrid Nano-Bio Electrocatalyst for Efficient and Robust H₂ Evolution from Water》（Journal of the American Chemical Society，2015，137，2840?2843）一文中利用紫膜作模板合成了紫膜-銀納米球復合材料并將其用作電化學催化劑。Mo等人在《Directed Synthesis and Assembly of Nanoparticles Using Purple Membrane》（Small，2006，2，526?529）一文中利用紫膜作模板合成了紫膜-金納米球復合材料和紫膜-硫化銀納米球復合材料并研究了不同紫膜的蛋白工程突變體對材料合成的影響。Ron等人在《Enhanced Electronic Conductance across Bacteriorhodopsin, Induced by Coupling to Pt Nanoparticles》（The Journal of Physical Chemistry Letters，2010，1，3072?3077）一文中利用紫膜作模板合成了紫膜-鉑納米球復合材料。然而，這些研究僅限于貴金屬納米材料，而過渡金屬氧化物在光、電、磁及化學等方面有著異于貴金屬的優勢。目前基于紫膜紫膜作模板的金屬氧化物材料研究尚待發展。