專利名稱：用活體豆芽作模板制備一維納米材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種一維納米材料的制備方法，本發(fā)明尤其涉及一種用活體豆芽作為生物膜的雙模板，經(jīng)誘導(dǎo)和控制合成，在模板內(nèi)外制取不同形貌的棒狀、線狀、管狀、板條狀、棒聚毛球狀等一維納米材料的工藝。
背景技術(shù)：
一維納米材料是一種以納米(10億分之1米)為尺度的棒狀、線狀、管狀、板條狀、棒聚毛球狀等不同形貌的一維結(jié)構(gòu)體系的材料。這種材料具有良好的光電特性、熱傳導(dǎo)性、磁學(xué)特性、力學(xué)性能及催化性能等，它們可用作新一代納米光電子、電化學(xué)、電動(dòng)機(jī)械的器件的構(gòu)筑單元。因此該類材料的制備與應(yīng)用研究是近些年來材料研究的熱點(diǎn)之一。目前制備一維納米材料的方法主要有反相膠束法、溶劑熱法、分子束外延法、陽極氧化鋁模板法、激光或電弧蒸發(fā)法、催化熱解法等等。反相膠束法是利用表面活性劑在油溶劑相和含有反應(yīng)劑的水相間能形成反相膠束來合成納米材料。這種反相膠束的形成過程，就相當(dāng)于生物礦化中有機(jī)大分子的預(yù)組織，其內(nèi)部水芯的納米級(jí)區(qū)域限制了無機(jī)物成核的位置和空間，因此該方法的產(chǎn)率很低成本較高。溶劑熱法是指在特定的密閉反應(yīng)器(高壓釜)中，采用有機(jī)溶劑作為反應(yīng)體系，通過對(duì)反應(yīng)體系的加熱，在反應(yīng)體系中產(chǎn)生一個(gè)中溫高壓的環(huán)境而進(jìn)行無機(jī)合成與材料制備的一種方法。但是，這種工藝往往污染環(huán)境或成本較高或操作繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是公開一種利用豆芽作為活體生物膜模板，在該生物膜模板內(nèi)外合成制得不同形貌的棒狀、線狀、管狀、板條狀、棒聚毛球狀等一維納米材料的工藝。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是這樣進(jìn)行的。我們經(jīng)過長期研究發(fā)現(xiàn)人與動(dòng)物的骨頭和牙齒，貝類生物的堅(jiān)而硬的殼，都是細(xì)胞控制下的生物礦化的杰作，是生物體自身合成的優(yōu)質(zhì)的納米材料。生物膜是建立在分子有序排列基礎(chǔ)上的，具有高度的有序性和可控性，可解決合成高分子膜至今難以克服的許多重要問題例如合成高分子膜往往難以兼顧高滲透性和高選擇性，而生物膜卻具有極好的滲透?jìng)鬟f性能和選擇分離效率。豆芽具有特有的植物蛋白、纖維素等組成生物膜，它也同樣具有極好的傳遞性能和分離效率，并且是一種具有雙模板功能的生物膜結(jié)構(gòu)，可直接利用其結(jié)構(gòu)致密、排列有序、內(nèi)外有別的雙模板生物膜，進(jìn)行離子信息輸送、能量傳遞，完成操縱分子成核、生長、最后形成不同形貌的一維納米材料。具體工藝如下A.模板的準(zhǔn)備取市售豆芽，將其用蒸餾水洗滌干凈。
B.產(chǎn)品的制備取濃度為0.05-0.20mol/L，離子摩爾數(shù)之比與產(chǎn)物化學(xué)式相對(duì)應(yīng)的含鉛、鎘、鐵金屬離子溶液和含硫、硒金屬化合物溶液分別置于兩個(gè)容器中。先將豆芽浸養(yǎng)在其中的一種溶液中，在室溫下浸養(yǎng)反應(yīng)12-48小時(shí)，取出，用去離子水沖洗，然后再將豆芽浸養(yǎng)在另一種溶液中，在室溫下同樣浸養(yǎng)12-48小時(shí)，取出，用去離子水沖洗。
C.產(chǎn)品的獲得取出豆芽，分別用去離子水和無水乙醇洗凈后，先將豆芽外部的產(chǎn)物轉(zhuǎn)入無水乙醇中，得到一種形貌的一維納米材料。然后剖開豆芽，將沉積到根部導(dǎo)管內(nèi)的產(chǎn)物轉(zhuǎn)入到另一盛有無水乙醇的小燒杯中保存，得到另一種形貌的一維納米材料。
通過變更豆芽浸養(yǎng)的先后順序可從豆芽內(nèi)、外獲得不同形貌的目標(biāo)產(chǎn)物。將它們分別用透射電子顯微鏡(TEM)觀察，發(fā)現(xiàn)內(nèi)、外不一樣形貌的產(chǎn)物均為本發(fā)明的一維納米材料，直徑為30～100nm。從X射線粉末衍射圖中可知，上述產(chǎn)物的圖譜中無雜峰出現(xiàn)，說明其純度很高。紫外-可見光譜分析結(jié)果表明，產(chǎn)物的最大吸收帶同常規(guī)材料相比，出現(xiàn)較大范圍的“藍(lán)移”，表現(xiàn)出明顯的量子尺寸效應(yīng)。熒光光譜分析結(jié)果表明，某些形貌的產(chǎn)物具有光致發(fā)光性能。
本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)1.由于本發(fā)明選取活體豆芽作為生物膜模板，因活體豆芽來源廣，價(jià)格便宜，供應(yīng)充足，因此使本發(fā)明的生產(chǎn)成本十分低廉。
2.由于本發(fā)明采用的作為生物膜模板的活體豆芽，具有選擇性吸收與排異、滲透與傳輸、誘導(dǎo)與控制等特殊功能，以及其生物膜內(nèi)、外壁各異的雙模板效應(yīng)，能同時(shí)合成制備多種形貌的一維納米材料，使本發(fā)明制得的產(chǎn)物具有良好而眾多的形貌，為開發(fā)功能材料奠定了良好的基礎(chǔ)。
3.由于本發(fā)明只需要調(diào)整金屬陰陽離子化合物種類，并在室溫條件下養(yǎng)護(hù)，就能利用豆芽里外不同的結(jié)構(gòu)作為模板，誘導(dǎo)、控制合成制得各種里外不同形貌的一維納米材料。因此具有操作方便、工藝和設(shè)備簡(jiǎn)單、無污染的優(yōu)點(diǎn)，且產(chǎn)率高達(dá)90％。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1首先，取市售綠豆芽，可以是黃豆芽也可以是綠豆芽，將其用蒸餾水洗滌干凈，待用。
然后，配制100ml(0.1mol/L)FeCl2水溶液和0.1mol/LNa2S水溶液100ml(采用的是分析純Na2S，由于Na2S溶液在空氣中容易氧化變質(zhì)，所以需要新配制的)。分別置于兩個(gè)250ml高型燒杯中。將上述經(jīng)過洗滌的市售綠豆芽(100毫升溶液加入8～10根)再用去離子水洗凈后，根部朝下豎直放入盛有Na2S溶液的燒杯中，并使其根莖全部被溶液浸沒，僅露出葉片。24h后取出，用去離子水沖洗掉豆芽外部的Na2S溶液，轉(zhuǎn)放到盛有FeCl2溶液的燒杯中，以相同的方式浸泡24h。
接著，將綠豆芽內(nèi)、外的黑色產(chǎn)物洗凈、并分別轉(zhuǎn)移到無水乙醇中保存。
最后將上述兩個(gè)內(nèi)外不同的產(chǎn)物分別用透射電鏡觀察形貌和尺寸，外部產(chǎn)物為棒狀納米結(jié)構(gòu)，內(nèi)部產(chǎn)物為棒聚毛球狀納米結(jié)構(gòu)，符合一維納米材料的特性。
實(shí)施例2第一步與實(shí)施例1相同，先用蒸餾水將豆芽洗滌干凈，待用。
然后，配制100ml(0.1mol/L)PbCl2水溶液和0.2mol/L100ml含Se2-水溶液(采用KBH4和Se反應(yīng)，生成能提供Se2-的KHSe。由于Se2-在空氣中極易被氧化，所以需要在還原劑KBH4存在的情況下進(jìn)行反應(yīng))。
將上述配制好的兩種溶液分別置于兩個(gè)250ml高型燒杯中。將經(jīng)過第一步處理的綠豆芽再用去離子水洗凈后，首先根部朝下豎直放入盛有PbCl2溶液的燒杯中，并使其根莖全部被溶液浸沒，僅露出葉片。24h后取出，用去離子水沖洗掉豆芽外部的PbCl2溶液，轉(zhuǎn)放到另一個(gè)盛有含Se2-溶液的燒杯中，以相同的方式浸泡24h。
接著將綠豆芽內(nèi)、外的紅棕色產(chǎn)物洗凈、轉(zhuǎn)移到無水乙醇中保存。最后用透射電鏡觀察內(nèi)、外產(chǎn)物形貌，外部產(chǎn)物為棒狀納米結(jié)構(gòu)，內(nèi)部產(chǎn)物為管狀納米結(jié)構(gòu)。
實(shí)施例3先用蒸餾水將黃豆芽洗滌干凈，待用。
然后，配制100ml 0.2mol/L含Se2-水溶液(與實(shí)施例2相同)，置于250ml高型燒杯中。將經(jīng)過洗滌干凈的市售黃豆芽再用去離子水洗凈后，根部朝下豎直放入盛有Se2-溶液的燒杯中，并使其根莖全部被溶液浸沒，僅露出葉片。24h后取出，用去離子水沖洗掉豆芽外部的Se2-溶液，轉(zhuǎn)放到盛有100ml的pH＝5的緩沖溶液(用NaAc和HAc配置而成)的燒杯中，以相同的方式浸泡24h。
接著將豆芽內(nèi)外的紅棕色產(chǎn)物洗凈、轉(zhuǎn)移到無水乙醇中保存。用透射電鏡觀察內(nèi)外產(chǎn)物形貌，外部產(chǎn)物為板條狀納米結(jié)構(gòu)，內(nèi)部產(chǎn)物為棒狀納米結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.用活體豆芽作模板生產(chǎn)一維納米材料的方法，其特征在于A.模板的準(zhǔn)備取市售豆芽，將其用蒸餾水洗滌干凈；B.產(chǎn)品的制備取濃度為0.05-0.20mol/L，離子摩爾數(shù)之比與產(chǎn)物化學(xué)式相對(duì)應(yīng)的含鉛、鎘、鐵金屬離子溶液和含硫、硒金屬離子溶液，分別置于兩個(gè)容器中；先將豆芽浸養(yǎng)在其中的一種溶液中，在室溫下浸養(yǎng)反應(yīng)12-48小時(shí)，取出，用去離子水沖洗，然后再將豆芽浸養(yǎng)在另一種溶液中，在室溫下也浸養(yǎng)反應(yīng)12-48小時(shí)，取出，用去離子水沖洗；C.產(chǎn)品的獲得取出的豆芽，分別用去離子水和無水乙醇洗凈后，先將豆芽外部的產(chǎn)物轉(zhuǎn)入無水乙醇中，得到一種形貌的一維納米材料；然后剖開豆芽，將沉積到根部導(dǎo)管內(nèi)的產(chǎn)物轉(zhuǎn)入到另一盛有無水乙醇的小燒杯中保存，得到另一種形貌的一維納米材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用活體豆芽作模板生產(chǎn)一維納米材料的方法，其特征在于所述的產(chǎn)品的制備是根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)物的形貌的不同要求，而變更豆芽浸養(yǎng)的先后順序的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用活體豆芽作模板生產(chǎn)一維納米材料的方法，其特征在于所述的產(chǎn)品的制備還可以先在0.2mol/L含Se2-水溶液中浸養(yǎng)24h后取出，用去離子水沖洗掉豆芽外部的Se2-溶液，然后轉(zhuǎn)放到盛有pH＝5的緩沖溶液(用NaAc和HAc配置而成)的燒杯中，以相同的方式浸泡24h獲得。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用活體豆芽作模板生產(chǎn)一維納米材料的方法，其特征在于所述的活體豆芽可以選擇綠豆芽，也可以選黃豆芽。
全文摘要
用活體豆芽作模板生產(chǎn)一維納米材料的方法，涉及一種一維納米材料的制備工藝。先將豆芽用蒸餾水洗干凈。然后取濃度為0.05－0.20mol/L，離子摩爾數(shù)之比與產(chǎn)物化學(xué)式相對(duì)應(yīng)的含鉛、鎘、鐵金屬離子溶液和含硒或硫金屬離子溶液分置于兩個(gè)容器中。先將豆芽浸養(yǎng)在一種溶液中，室溫下反應(yīng)12－48小時(shí)，再將豆芽浸養(yǎng)在另一種溶液中，室溫下反應(yīng)12－48小時(shí)。最后將豆芽外部的產(chǎn)物轉(zhuǎn)入無水乙醇中，得到一種形貌的一維納米材料。剖開豆芽，將沉積到根部導(dǎo)管內(nèi)的產(chǎn)物轉(zhuǎn)入到另一盛有無水乙醇的小燒杯中得到另一種形貌的一維納米材料。本發(fā)明成本低廉、工藝簡(jiǎn)單、無任何污染、產(chǎn)率達(dá)90％，具有各種良好性能。可廣泛用于納米棒、納米線、納米管和納米板條的合成與制備。
文檔編號(hào)B82B3/00GK1528655SQ20031010782
公開日2004年9月15日 申請(qǐng)日期2003年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月9日
發(fā)明者吳慶生, 李麗, 丁亞平, 鄭能武, 燕云 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)