[发明专利]一种石墨烯金纳米颗粒复合材料的生物合成方法

说明书

技术领域

本发明属于生物合成纳米材料领域，涉及一种石墨烯金纳米颗粒复合材料的生物合成方法。

背景技术

纳米材料广义上是指三维空间内至少有一维处于纳米尺度范围或者由该尺度范围的物质为基本结构单元所构成的材料的总称，具有独特的光学、磁学、电学及催化性能。纳米级别贵金属催化剂具有较大的比表面积和较高的催化活性，但催化剂在使用过程由于其自身较高的表面能容易发生聚集，催化效率降低。将金属纳米颗粒负载到具有一定空间结构的载体上可以有效的抑制金属纳米颗粒的聚集，提高催化剂的使用寿命。石墨烯是由具有平面六元环结构的单层碳原子构成的单质，比表面积大，机械强度高，具有优异的电学和光学性能，近年来受到人们的关注。以石墨烯为载体能够显著提高贵金属纳米催化剂的催化性能，Li J等在2012年Journal of Materials Chemistry第22卷第8426-8430页、Liu S等在2011年Carbon第49卷第3158-3164页以及Sahu SC等在2013年Nanoscale第5卷第11265-11274页发表的论文报道了化学法合成石墨烯金属纳米复合材料。但化学法在合成过程中利用了大量的有毒化学试剂，同时还要求高温高压的操作条件，具有很大的环境和生态风险。生物合成纳米材料技术，即生物细胞利用生物活性分子于细胞内或细胞外自组装成纳米材料的技术，是近年来随着纳米技术、生物技术和材料科学等学科的进步而逐渐交叉发展起来的新兴领域。与传统的应用物理和化学方法的纳米材料合成技术相比，生物合成纳米材料技术具有清洁、无毒、环境友好，反应条件温和可控，不需额外添加还原剂，效率高等优点，因而成为纳米材料合成领域研究热点。微生物在自然界分布广，易分离培养，生长繁殖快，结构简单易于操作，已被广泛用于生物合成纳米材料研究，并取得了较大研究进展，如Suresh AK等在2011年Acta Biomaterialia第7卷第2148-2152页、Tuo Y等在2013年Bioresource Technology第133卷第606–611页以及Ng CK等在2013年RSC Advances第3卷第22498-22503页所发表的论文报道了利用微生物合成金属纳米颗粒；Wang G等在2011年Nano Research第4卷第563-570页、Salas EC等在2010年ACS Nano第4卷第4852-4856页以及Liu G等在2013年Bioresource Technology第149卷第503-508页则报道了利用微生物合成石墨烯。而目前还没有有关利用微生物合成石墨烯金属纳米复合材料研究的报道。

采用微生物合成石墨烯金纳米颗粒复合材料，合成方法清洁、无毒、环境友好并且反应条件温和、产量高，材料催化活性高，循环利用率高。

发明内容

为了解决合成石墨烯金属纳米复合材料对化学试剂和反应条件的苛刻要求，提高催化活性和循环利用率等问题。本发明提供石墨烯金纳米颗粒复合材料的生物合成方法，具有反应条件温和，时间短，材料催化活性高，循环利用率高等特点。

一种石墨烯金纳米颗粒复合材料的生物合成方法，具体步骤如下：

步骤1：异化金属还原菌的培养：采用异化金属还原菌作为制备石墨烯金纳米颗粒复合材料的微生物菌种；

步骤2：石墨烯氧化物水溶液的制备：采用石墨烯氧化物作为石墨烯合成的前体物；

步骤3：石墨烯金纳米颗粒复合材料的生物合成方法：

将石墨烯氧化物水溶液和含Au(III)的溶液混合不少于1h后投加到处于对数生长期末期的异化金属还原菌液中；其中，异化金属还原菌液中石墨烯氧化物的浓度为：0.1～0.3g/L；异化金属还原菌液中Au(III)的浓度：0.5～1.5mmol/L；在25～35℃，150～250rpm条件下反应24～72h，获得生物合成的石墨烯金纳米颗粒复合材料。

所述的异化金属还原菌为Shewanella oneidensis MR-1。

所述的处于对数生长期末期的异化金属还原菌液是将异化金属还原菌在30℃，200rpm条件下培养24h得到的。

所述的异化金属还原菌液中石墨烯氧化物和Au(III)的浓度分别为0.24g/L和0.78mmol/L。

步骤3中在30℃，200rpm条件下反应48h，获得生物合成的石墨烯金纳米颗粒复合材料。

所述的石墨烯金纳米颗粒复合材料上金纳米颗粒粒径为10～20nm。