專利名稱：一種生物還原制備氮硫同時(shí)摻雜石墨烯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮、硫同時(shí)摻雜的石墨烯的制備方法，屬于石墨烯的合成和納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于硫酸鹽還原菌(SRB)還原制備石墨烯的方法。
背景技術(shù)：
石墨烯(Graphene)是一種獨(dú)特的二維平面結(jié)構(gòu)單層碳納米材料,碳原子之間以共價(jià)鍵連結(jié)形成六方蜂巢結(jié)構(gòu)。石墨烯的這一獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使其具有良好的電學(xué)、力學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)，近年來(lái)在微電子，新型超導(dǎo)材料、能量?jī)?chǔ)存、傳感器以及電催化等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。而同時(shí)圍繞石墨烯的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究也在世界范圍內(nèi)如火如荼的展開了。石墨烯制備方法的研究是其基礎(chǔ)與應(yīng)用研究的前提。目前文獻(xiàn)報(bào)道的主要有機(jī)械剝離、外延生長(zhǎng)、化學(xué)氣相沉積和化學(xué)還原法。這些方法各有優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也有各自的缺點(diǎn)。前三種方法因生產(chǎn)成本高、操作工藝復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)條件苛刻而難以應(yīng)用到石墨烯的大規(guī)模生產(chǎn)中。相比較而言，化學(xué)還原氧化石墨烯法是當(dāng)前大規(guī)模制備石墨烯的常用方法。然而因廣泛采用水合肼、二甲基肼、多巴胺、硼氫化鈉等有毒還原劑，在一定程度會(huì)造成環(huán)境污染、危害健康，因此探索出一種簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、綠色環(huán)保的還原工藝和方法是一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。硫酸鹽還原菌是一類形態(tài)各異、營(yíng)養(yǎng)類型多樣、能利用硫酸鹽或者其它氧化態(tài)硫化物作為電子受體來(lái)異化有機(jī)物質(zhì)的微生物。廣泛存在于土壤、水田、湖、沼、河川底泥、海底泥、石油礦床、溫泉水和地?zé)岬貐^(qū)，甚至于存在人體的口腔和腸道中。在富含硫酸鹽的有水厭氧環(huán)境中，硫酸鹽還原菌是相當(dāng)活躍的分子，它以硫酸鹽做最終電子受體，分解水體中的有機(jī)物，獲得合成細(xì)胞物質(zhì)和維持生命所需的能量。硫酸鹽作為硫酸鹽還原菌代謝過(guò)程中的最終電子受體，將還原成硫離子，它首先在細(xì)胞體外積累，然后進(jìn)入細(xì)胞，在細(xì)胞內(nèi)，第一步反應(yīng)是S042_的活化，即S042_與ATP反應(yīng)轉(zhuǎn)化為腺苷酰硫酸(APS)和焦磷酸(PPi)，PPi很快分解為無(wú)機(jī)磷酸( Pi)，推動(dòng)反應(yīng)不斷向左進(jìn)行。APS繼續(xù)分解成亞硫酸鹽和磷酸腺苷(AMP)。亞硫酸鹽脫水后變成偏亞硫酸鹽(S2O52O，從廣極不穩(wěn)定，很快轉(zhuǎn)化為中間產(chǎn)物連二亞硫酸鹽(S2O42O，S2O42-又迅速轉(zhuǎn)化為S3O62' S3O62-分解成硫代硫酸鹽(S2O32O和亞硫酸鹽(SO32-)，S2O32-又經(jīng)自身的氧化還原作用，變成SO32-和最終產(chǎn)物S2-，S2-被排出體外，進(jìn)入
周圍環(huán)境。有關(guān)反應(yīng)方程如下:
權(quán)利要求
1.一種生物還原制備氮硫同時(shí)摻雜石墨烯的方法，包括以下步驟 (1)將氧化石墨烯分散在水中，濃度為O.05mg/ml O. 5mg/ml ； (2)將硫酸鹽還原菌(SRB)進(jìn)行活化培養(yǎng)； (3)硫酸鹽還原菌(SRB)培養(yǎng)基采用高壓蒸汽滅菌； (4)將上述三個(gè)步驟分別得到的三種溶液混合密封，保證不存在空氣，在37°C恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)5 7天； (5)離心過(guò)濾和反復(fù)洗滌后即得到氮、硫摻雜的石墨烯。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生物還原制備氮硫同時(shí)摻雜石墨烯的方法，其特征在于，硫酸鹽還原菌(SRB)菌液與硫酸鹽還原菌(SRB)培養(yǎng)基的體積比例為I : I I : 5。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生物還原制備氮硫同時(shí)摻雜石墨烯的方法，其特征在于，硫酸鹽還原菌(SRB)菌液與氧化石墨烯的體積比例為I : 2 I : 10。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生物還原制備氮硫同時(shí)摻雜石墨烯的方法，其特征在于，在步驟(I)中，將氧化石墨烯分散在水中的同時(shí)施加超聲分散。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生物還原制備氮硫同時(shí)摻雜石墨烯的方法，其特征在于，在步驟(2)中，將硫酸鹽還原菌(SRB)進(jìn)行活化培養(yǎng)是采用不添加維生素C和硫酸亞鐵銨的API培養(yǎng)基培養(yǎng)2 3次，所得硫酸鹽還原菌(SRB)菌液為淺黃色濁液。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生物還原制備氮硫同時(shí)摻雜石墨烯的方法，其特征在于，所述的硫酸鹽還原菌(SRB)是自國(guó)內(nèi)某油田采出水中分離培養(yǎng)，經(jīng)多代馴化純化后的菌種，該菌種具有生物還原酶，其生長(zhǎng)適宜的溫度為30 50°C，生長(zhǎng)周期為7 15天。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生物還原制備氮硫同時(shí)摻雜石墨烯的方法，其特征在于，硫酸鹽還原菌(SRB)培養(yǎng)基的組成是0. 5% O. 2 七％的恥(1，0. 05wt% Iwt %的MgSO4 · 7Η20，0· 01wt%~ O. 5界七％的酵母浸汁液，O. 005wt% O. 2wt%^ K2HPO4。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種生物還原制備氮硫同時(shí)摻雜石墨烯的方法，屬于石墨烯的合成和納米材料技術(shù)領(lǐng)域。該方法以氧化石墨烯分散溶液為原料，以含硫酸鹽還原菌菌懸液作為生物還原劑，在控制反應(yīng)體系中隔絕空氣條件下反應(yīng)5-10天得到石墨烯溶液，離心過(guò)濾和反復(fù)洗滌后即得到氮、硫摻雜的石墨烯。本發(fā)明方法不添加任何穩(wěn)定劑或分散劑，利用微生物的代謝活動(dòng)還原氧化石墨烯得到氮硫摻雜的石墨烯，具有安全無(wú)毒、操作簡(jiǎn)單、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，解決了現(xiàn)有的石墨烯制備方法中難于將氮、硫同時(shí)摻雜的重大難題，氮硫同時(shí)摻雜石墨烯應(yīng)用于電化學(xué)傳感器和電催化等領(lǐng)域時(shí)可顯著提高檢測(cè)限和檢測(cè)靈敏度，應(yīng)用前景廣闊。
文檔編號(hào)C12P3/00GK103255177SQ201310143999
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月17日
發(fā)明者劉宏芳, 郭佩佩, 秦雙, 王帥 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)