金屬納米晶@多孔蛋白的復合材料制備及其催化應用.pdf

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

2、催化轉(zhuǎn)化、傳感檢測、醫(yī)學成像等諸多領域具有廣泛的應用前景。本文以制備新型功能性生物金屬納米復合材料為目的，將具有孔道結(jié)構(gòu)的蛋白基生物材料應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)絡孔道的蛋殼膜）為模板，通過化學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穩(wěn)定性與晶體形貌有關。2.以溶菌酶晶體內(nèi)部規(guī)則的納米級孔道為納米反應器，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”復合材料。考察了納米粒子合成過程中孔道內(nèi)化學結(jié)構(gòu)變化規(guī)律；進一步將復合材料應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，該類復合材料具有宏觀的尺寸和較高的穩(wěn)定性，顯著增強了納米催化劑的可重復利用性能。3.引入天然蛋殼膜材料互穿網(wǎng)絡孔道結(jié)構(gòu)，利用膜纖維表面豐富的功能基團螯合銀離子，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復合材料，可實現(xiàn)對硝基苯酚的催化還原，反應符合一級動力學，催化速率常數(shù)為0.25min1。4.為增強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