溶菌酶纖維基貴金屬納米材料的可控合成及性能研究.pdf

1、納米結(jié)構(gòu)材料由于自身優(yōu)良的特殊性能及其在電子、光學、生物醫(yī)學、光電子和催化劑等方面的廣泛應用，激發(fā)了人們持續(xù)增長的研究興趣。類淀粉蛋白纖維模板法是近年來剛興起的可控合成特定結(jié)構(gòu)納米材料的新方法。作為一種由蛋白分子自組裝形成的高度有序的線性集合體，類淀粉蛋白纖維在健康與疾病中的生物學作用及構(gòu)建人工蛋白骨架的生物功能材料應用上具有非凡的潛能，受到廣泛的關(guān)注。本論文選取了卵清溶菌酶（HEWL）這種廉價易得的類淀粉蛋白，在系統(tǒng)研究其纖維化變性所

2、需物理化學環(huán)境的基礎(chǔ)上，通過人工干預和設(shè)計將其塑造成特定形貌的纖維模板，進行了鉑、鈀、金貴金屬納米材料的溫和可控自組裝，并對所制備的貴金屬納米材料進行了電催化和熒光性能考察，以評價其作為燃料電池電催化劑和熒光器件材料的表現(xiàn)。主要研究內(nèi)容和結(jié)果歸納如下：
　?。?）系統(tǒng)考察了影響卵清溶菌酶蛋白纖維化的各方面因素，包括pH值、底物蛋白濃度、溶液離子強度、加熱孵育時間，以及外力作用等。通過合理調(diào)控這些因素，將溶菌酶蛋白纖維化的時間由數(shù)周

3、壓縮到了三天，大幅降低了其時間成本，并采用旋轉(zhuǎn)加熱法得到了纖維直徑僅為3.5nm左右，長約4μm的定向纖維陣列。
　?。?）利用HEWL蛋白處于不同孵育階段的纖維作為模板，分別控制合成出了鉑納米球鏈、鉑納米粒子鏈和定向鉑納米線陣列。發(fā)現(xiàn)不同成熟度的HEWL蛋白纖維對產(chǎn)物的形貌影響很大，充分說明了HEWL纖維模板對鉑納米晶形貌的主導作用。同時，發(fā)現(xiàn)鉑納米晶的制備與纖維溶液的黏度、共孵育的時間、還原劑的種類、還原過程的操作等密切相關(guān)，

4、而采用反應釜提供的稍高溫高壓則可以顯著改善鉑納米晶的晶化效果。
　　（3）利用不同成熟度的HEWL蛋白纖維作為模板進行了鈀納米球、鈀納米花、鈀納米鏈和鈀納米線等一系列鈀納米晶的制備。實驗發(fā)現(xiàn)與鉑納米晶的制備不同，鈀前驅(qū)鹽可以促進HEWL的纖維化，使得以未成熟的HEWL纖維作為模板便可以自組裝出鈀納米線，相反，以成熟的HEWL纖維作為模板反而難以實現(xiàn)鈀納米晶的組裝；同時，未成熟的HEWL蛋白表現(xiàn)出一定程度的弱還原性，可將其上特異性吸

5、附的鈀前驅(qū)鹽少部分還原成鈀納米粒子。此外，采用反應釜可以成熟HEWL纖維為模板，在稍高溫高壓下制備出形貌一致、尺寸均一、單分散的鈀納米顆粒。
　?。?）對所制備的鉑、鈀納米晶進行了一系列電催化性能測試。測試前對納米晶進行了碳化處理，以改善纖維模板的導電性。實驗發(fā)現(xiàn)不同結(jié)構(gòu)形貌的納米晶因粒子大小、排列分布方式等不同表現(xiàn)出差異化的電催化活性。析氫實驗計算出c-HEWL-PtNPCs的ECSA為65.02m2/g，遠高于市售的JMPt/

6、C催化劑的37.5m2/g；甲醇氧化電催化發(fā)現(xiàn)c-HEWL-PtNPCs在第一步催化甲醇氧化方面的能力優(yōu)于JMPt/C，且具有比JMPt/C更大的峰電流密度；氧還原測試發(fā)現(xiàn)c-HEWL-PtNPCs的極限擴散電流密度0.16mA/cm2高于JMPt/C的0.14mA/cm2。對c-HEWL-PdNWs的析氫和甲醇氧化測試同樣發(fā)現(xiàn)其具有優(yōu)秀的電催化活性。
　　（5）利用不同成熟度的HEWL纖維進行了金納米鏈和金納米粒子鏈的可控合成，