金屬納米晶@多孔蛋白的復(fù)合材料制備及其催化應(yīng)用.pdf

1、金屬納米晶金屬納米晶@多孔蛋白多孔蛋白的復(fù)合的復(fù)合材料制備材料制備及其催化應(yīng)用其催化應(yīng)用Fabricationcatalyticapplicationofmetalnanocrystalswithinpousproteinbasedmaterials一級學(xué)科：化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工程研究生：梁淼指導(dǎo)教師：何志敏教授天津大學(xué)化工學(xué)院二零壹肆年肆月摘要生物金屬納米復(fù)合材料融合了生物分子的多功能基團(tuán)和金屬納米材料的獨(dú)特光電磁熱性能，在

2、催化轉(zhuǎn)化、傳感檢測、醫(yī)學(xué)成像等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。本文以制備新型功能性生物金屬納米復(fù)合材料為目的，將具有孔道結(jié)構(gòu)的蛋白基生物材料應(yīng)用于金屬納米粒子合成的調(diào)控與優(yōu)化，具體采用兩種具有不同形態(tài)孔道的蛋白基材料（納米孔道的蛋白晶體、互穿網(wǎng)絡(luò)孔道的蛋殼膜）為模板，通過化學(xué)還原法或綠色合成技術(shù)在蛋白孔道內(nèi)合成貴金屬納米晶（Au、Ag、Pt、Pd），構(gòu)建了具有環(huán)境催化轉(zhuǎn)化功能的新型生物金屬納米復(fù)合材料。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：1.考察了在較

3、寬pH值（4.28）及溫度（525oC）范圍內(nèi)溶菌酶晶體形貌的演變規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著pH值升高，（101）晶面間距與（110）晶面間距的比值（MLA）逐漸減小，晶體成核誘導(dǎo)時間增加，表明了pH值對晶體生長影響較大；通過調(diào)節(jié)溫度和pH值，可有效調(diào)控結(jié)晶行為，獲得不同形貌的溶菌酶晶體，經(jīng)差示掃描量熱分析表明了其熱力學(xué)穩(wěn)定性與晶體形貌有關(guān)。2.以溶菌酶晶體內(nèi)部規(guī)則的納米級孔道為納米反應(yīng)器，利用孔道表面的氨基酸殘基所具有的金屬離子螯合能力，捕

4、獲結(jié)合銀、金離子，再通過硼氫化鈉化學(xué)法還原或酶晶體自身仿生礦化能力，在納米孔道內(nèi)分別原位制備了銀、金納米晶，構(gòu)建了一類新型“晶中晶”復(fù)合材料?？疾炝思{米粒子合成過程中孔道內(nèi)化學(xué)結(jié)構(gòu)變化規(guī)律；進(jìn)一步將復(fù)合材料應(yīng)用于對硝基苯酚的催化轉(zhuǎn)化，表現(xiàn)出良好的催化活性。值得一提的是，該類復(fù)合材料具有宏觀的尺寸和較高的穩(wěn)定性，顯著增強(qiáng)了納米催化劑的可重復(fù)利用性能。3.引入天然蛋殼膜材料互穿網(wǎng)絡(luò)孔道結(jié)構(gòu)，利用膜纖維表面豐富的功能基團(tuán)螯合銀離子，通過硼氫化

5、鈉將銀離子還原為銀納米晶，平均粒徑為3.81nm，均勻地鑲嵌在膜纖維表面，獲得了AgNPsESM復(fù)合材料，可實(shí)現(xiàn)對硝基苯酚的催化還原，反應(yīng)符合一級動力學(xué)，催化速率常數(shù)為0.25min1。4.為增強(qiáng)蛋殼膜載體孔道與貴金屬納米材料間相互作用力，提高納米催化劑在循環(huán)催化過程中的穩(wěn)定性，采用植物多酚對膜纖維表面接枝修飾，利用多酚鄰位羥基可與金屬離子形成穩(wěn)定的五元螯合環(huán)的能力，通過多酚自身還原或硼氫化鈉還原法合成貴金屬納米晶，同時多酚分子的鄰位酚