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(xué)、生物醫(yī)學(xué)、光電子和催化劑等方面的廣泛應(yīng)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(xué)作用及構(gòu)建人工蛋白骨架的生物功能材料應(yīng)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(jià)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(xué)環(huán)境的基礎(chǔ)上，通過人工干預(yù)和設(shè)計(jì)將其塑造成特定形貌的纖維模板，進(jìn)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(jìn)行了電催化和熒光性能考察，以評價(jià)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(qiáng)度、加熱孵育時(shí)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(shí)間由數(shù)周

3、壓縮到了三天，大幅降低了其時(shí)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(dǎo)作用。同時(shí)，發(fā)現(xiàn)鉑納米晶的制備與纖維溶液的黏度、共孵育的時(shí)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(yīng)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。
　?。?）利用不同成熟度的HEWL蛋白纖維作為模板進(jìn)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(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)與鉑納米晶的制備不同，鈀前驅(qū)鹽可以促進(jìn)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(shí)現(xiàn)鈀納米晶的組裝；同時(shí)，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(yīng)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。
　　（4）對所制備的鉑、鈀納米晶進(jìn)行了一系列電催化性能測試。測試前對納米晶進(jìn)行了碳化處理，以改善纖維模板的導(dǎo)電性。實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)計(jì)算出c-HEWL-PtNPCs的ECSA為65.02m2/g，遠(yuǎn)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(kuò)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。
　?。?）利用不同成熟度的HEWL纖維進(jìn)行了金納米鏈和金納米粒子鏈的可控合成，