專利名稱：短棒狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用DNA生物大分子為模板制備短棒狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體的工藝。
背景技術(shù)：
硫化鉛是一種立方巖鹽結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體材料，具有窄的帶隙(0.41 eV)和大的玻爾激子半徑(18 nm)。硫化鉛納米晶具有強(qiáng)的量子限域效應(yīng)，其三次非線性光學(xué)性能大約是GaAs的30倍，CdSe的1000倍，在近紅外通訊、光子開關(guān)、熱和生物成像、光電器件、太陽(yáng)能電池以及高效光伏轉(zhuǎn)化等方面有著潛在的應(yīng)用價(jià)值，其誘人的應(yīng)用前景引起了化學(xué)家及材料科學(xué)家們的廣泛關(guān)注并已成為納米材料研究的熱點(diǎn)。目前關(guān)于硫化鉛的制備方法有很多。從原料上大致分為兩類一類是用鉛鹽(醋酸鉛、硝酸鉛、高氯酸鉛等)，含硫化合物(硫化氫、硫脲等)作原料，以膠束，聚合物，分子篩或表面活性劑等為模板進(jìn)行控制合成。Dong等人在《膠體與界面科學(xué)》(J. ColloidInterface. 2006, 301-503)的文章中以乙酸鉛為鉛源、CS2為硫源在表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)作用下，反應(yīng)溫度40°C下靜置3d后得到PbS納米棒，但CS2為有毒試劑，對(duì)人體有很大的毒害作用；Wan等人在《材料化學(xué)與材料物理學(xué)》(Mater. Chem.Phys. 2004, 88，217)的文章中通過表面活性劑十二烷基磺酸鈉(SDS)的輔助，160°C條件下兩相界面反應(yīng)20h得到PbS納米棒，由于僅在界面處生成納米棒，其產(chǎn)量比較低。另一類是用單質(zhì)鉛、硫作原料通過單質(zhì)反應(yīng)合成硫化鉛納米顆粒。Parkin等人在《化學(xué)通訊》(Chem. Commun. 1996,1095-1096)的文章中用金屬鉛,硫以液氨為介質(zhì),在高壓爸中反應(yīng)2 12h得到了硫化鉛。張勇等人在《微波輻照元素反應(yīng)合成硫化鉛納米粒子》(中山大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2003，42(2) :50-51)這篇文章中用金屬鉛、硫以及不同的溶劑乙二胺，N，N’ 一二甲基甲酞胺，氨水等為反應(yīng)介質(zhì)，在微波輻照下，元素硫和鉛一步反應(yīng)生成硫化鉛。這些方法的缺點(diǎn)是反應(yīng)裝置繁瑣，反應(yīng)工藝較為復(fù)雜。上述化學(xué)合成方法條件比較苛刻，存在各種缺陷，而生物模板法以其條件溫和，操作簡(jiǎn)單等諸多優(yōu)勢(shì)，近年來成為納米結(jié)構(gòu)材料的研究熱點(diǎn)。如于雪蓮等人在《生物分子模板法制備不同形貌硫化鉛納米材料》(硅酸鹽通報(bào)2010，29 (2) 450-457)這篇文章中利用半胱氨酸為模板，通過控制其加入量，合成了樹枝狀、分級(jí)結(jié)構(gòu)、多臂硫化鉛等多種形貌納米結(jié)構(gòu)體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種短棒狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)材料及其制備方法，該方法不僅操作簡(jiǎn)單，制備條件溫和，避免了常規(guī)制備方法的復(fù)雜工藝，并且能夠通過生物大分子對(duì)無機(jī)晶體成核過程的調(diào)控方便地控制PbS晶體的形貌和結(jié)構(gòu)，在PbS晶體生長(zhǎng)研究中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明的技術(shù)方案是短棒狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)材料由DNA分子與硫化鉛分子結(jié)合而成，構(gòu)成短棒狀狀納米結(jié)構(gòu)的硫化鉛的長(zhǎng)度為18(T260nm，直徑為4(T70nm。本發(fā)明的方法是
直接以生物納米結(jié)構(gòu)DNA為模板制備硫化鉛納米材料，將濃度為f 2mg/mL的DNA溶液與濃度為50mM的硝酸鉛溶液充分混合后，進(jìn)行水浴加熱到達(dá)35-45°C時(shí)，加入濃度為O. 4M的硫代乙酰胺溶液，并低速攪拌，加熱至70°C保持5-10min，待冷卻后洗滌、離心取沉淀干燥處理即為DNA為模板的硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體。本發(fā)明的具體步驟是
(1)將濃度為2mg/mL的DNA水溶液與濃度為50mM的Pb(N03)2水溶液按I: I的比例混合，靜置24h以上；
(2)將混合物置于三口瓶中對(duì)其水浴加熱，至35-45°C時(shí)滴加(O.3 mL/s)濃度為O. 4M的硫代乙酰胺(TAA)水溶液，與步驟(I沖混合溶液體積比為1:2，并低速攪拌，加熱至70°C保持 5-10min ；
(3)將三口瓶在常溫水浴中冷卻至室溫，所得產(chǎn)物在500(T8000rpm下離心2(T30min ；
(4)將離心所得沉淀分別用去離子水和無水甲醇洗滌兩遍，_45°C冷凍干燥后可得到以DNA為模板的短棒狀及牡丹花狀納米結(jié)構(gòu)體。利用DNA為模板制備短棒狀及牡丹花狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體的方法在步驟(2)中所用的DNA體系濃度為I 2mg/mL，溶液保存于4°C環(huán)境中，使用前需反復(fù)混勻，使DNA完全分散于去離子水中。本發(fā)明的有益效果是該方法的顯著特征是直接以生物大分子DNA為模板，制備出了形貌較為特殊的短棒狀及牡丹花狀納米結(jié)構(gòu)體。這種仿生礦化方法操作簡(jiǎn)單，制備條件溫和，形貌均一，克服了常規(guī)制備方法的復(fù)雜工藝，并且能夠通過生物分子對(duì)無機(jī)晶體成核過程的調(diào)控，控制PbS晶體的形貌和結(jié)構(gòu)，在PbS晶體生長(zhǎng)研究中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。為新型硫化鉛納米材料的制備提供了切實(shí)可行的思路，為深入研究硫化鉛晶體形貌的調(diào)控打下了基礎(chǔ)。


圖I是以DNA為模板的短棒狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體的SEM 圖2是局部放大的以DNA為模板的短棒狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體的SHM 圖3是以DNA為模板的短棒狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體的EDS譜 圖4是以DNA為模板的短棒狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體的XRD譜圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I :以DNA為模板的短棒狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體制備方法
將50mL濃度為lmg/mL的DNA水溶液與50mL濃度為50mM的Pb (N03) 2水溶液混合，靜置24h。將混合物置于三口瓶中對(duì)其水浴加熱，至40°C時(shí)滴加(O. 3 mL/s) 50mL濃度為
O.4M的TAA水溶液，并低速攪拌，加熱至70°C保持5min。將三口瓶在常溫水浴中冷卻至室溫，所得產(chǎn)物在500(T8000rpm下離心2(T30min,將離心所得沉淀分別用去離子水和無水甲醇洗滌兩遍，_45°C冷凍干燥后可得到以DNA為模板的短棒狀納米結(jié)構(gòu)體。
權(quán)利要求
1.一種短棒狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)材料，其特征是由DNA分子與硫化鉛分子結(jié)合而成，構(gòu)成短棒狀狀納米結(jié)構(gòu)的硫化鉛的長(zhǎng)度為18(T260nm，直徑為4(T70nm。
2.一種短棒狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其方法是直接以生物納米結(jié)構(gòu)DNA為模板制備硫化鉛納米材料，將濃度為lmg/mL的DNA溶液與濃度為50mM的硝酸鉛溶液充分混合后，進(jìn)行水浴加熱到達(dá)35-45°C時(shí)，加入濃度為O. 4M的硫代乙酰胺溶液，并低速攪拌，加熱至70°C保持5-10min，待冷卻后洗滌、離心取沉淀干燥處理即為DNA為模板的硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體； a、將濃度為lmg/mL的DNA水溶液與濃度為50mM的Pb(N03)2水溶液按I: I的體積比例混合，靜置24h以上； b、將混合物置于三口瓶中對(duì)其水浴加熱，至35-45°C時(shí)滴加O. 3 mL/s濃度為O. 4M的硫代乙酰胺水溶液，與步驟a中混合溶液體積比為1:2，并低速攪拌，加熱至70°C保持5-10min ； C、將三口瓶在常溫水浴中冷卻至室溫，所得產(chǎn)物在500(T8000rpm下離心2(T30min ；d、將離心所得沉淀分別用去離子水和無水甲醇洗滌兩遍，_45°C冷凍干燥后可得到以DNA為模板的短棒狀及牡丹花狀納米結(jié)構(gòu)體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種短棒狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其方法是 利用DNA為模板制備短棒狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體的方法在步驟b中所用的DNA體系濃度為lmg/mL,溶液保存于4°C環(huán)境中，使用前需反復(fù)混勻,使DNA完全分散于去離子水中。
全文摘要
一種短棒狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)材料及其制備方法，屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，其方法是直接以生物納米結(jié)構(gòu)DNA為模板制備硫化鉛納米材料，將濃度為1mg/mL的DNA溶液與濃度為50mM的硝酸鉛溶液充分混合后，進(jìn)行水浴加熱到達(dá)35-45℃時(shí)，加入濃度為0.4M的硫代乙酰胺溶液，并低速攪拌，加熱至70℃保持5-10min，待冷卻后洗滌、離心取沉淀干燥處理即為DNA為模板的硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體。有益效果是直接以生物大分子DNA為模板，這種仿生礦化方法操作簡(jiǎn)單，制備條件溫和，形貌均一，并且能夠通過生物分子對(duì)無機(jī)晶體成核過程的調(diào)控，控制PbS晶體的形貌和結(jié)構(gòu)，在PbS晶體生長(zhǎng)研究中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)B82Y40/00GK102633299SQ20121014729
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者于源華, 何乃彥, 劉振寧, 崔薇, 徐任, 王姝 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)