CN105236495A

CN105236495A - 一种利用蛋白作为模板制备形貌可控的α-Fe2O3介观晶体的方法

Info

Publication number: CN105236495A
Application number: CN201510582537.8A
Authority: CN
Inventors: 刘又年; 王立强; 李向芝; 蒋星星
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2015-09-15
Filing date: 2015-09-15
Publication date: 2016-01-13

Abstract

α-Fe₂O₃作为一种优良半导体材料被广泛应用于催化，能源，燃料能领域。其理化性能和应用范围很大程度由其尺寸和形貌决定。本发明提供了一种制备形貌可控的α-Fe₂O₃介观晶体的简易、廉价的方法。该方法是在水热条件下，通过向可溶解性三价铁离子盐溶液中加入不同浓度的蛋白如牛血清白蛋白、溶菌酶、过氧化物酶或鸡蛋清等，实现对所制备α-Fe₂O₃介晶的形貌从纺锤体到橄榄在到蚕茧形的控制。本发明提供的制备形貌可控的α-Fe₂O₃介晶的方法成本低、操作简便、时间短、易于实现大批量生产的特点，使本发明具有极为广阔的应用前景。

Description

一种利用蛋白作为模板制备形貌可控的α-Fe2O3介观晶体的方法

技术领域

本发明涉及一种制备形貌可控的α-Fe₂O₃介晶的方法，属于无机材料制备技术领域。

背景技术

α-Fe₂O₃作为一种优良的半导体材料，在铁系氧化物中，其热力学性最为稳定的。具有逐层结构的α-Fe₂O₃的介观晶体是由α-Fe₂O₃晶体通过自组装形成的。因而它既具有一般α-Fe₂O₃晶体的性质和功能，又具有因晶体聚集而产生的特殊性质和功能。正因如此，α-Fe₂O₃介晶被广泛应用于染料，石油化工，光催化水解，太阳能电池以及生物科技等领域。大量的研究表明α-Fe₂O₃介观晶体的性质及应用很多程度上取决于其尺寸和形貌。因而，具有形貌可控的α-Fe₂O₃介观晶体能够极大的拓展其功能性，丰富其应用前景。如何制备α-Fe₂O₃介观晶体，实现其尺寸形貌的准确控制依然是人们面临的一项挑战。

生物矿化的概念已被广泛用作制备具有特定尺寸形貌的无机纳米晶体。它是指生物体借助于体内的生物分子如多糖、氨基酸、蛋白质等来合成具有特定功能无机纳米材料。目前，生物矿化理念多被应用于常规化学环境如生理环境等。对于一些需要严苛化学制备工艺如高温高压的环境则少有尝试。考虑水热制备方法的强大功效和蛋白的多样性，其二者的结合必将为形貌可控的无机纳米的合成提供了一条高效、便捷、廉价和易于规模化的制备方式。

发明内容

本发明的目的：研究蛋白在水热条件下对介晶形貌形成的影响，从而筛选恰当的蛋白作为模板制备形貌可控的α-Fe₂O₃介晶，以简化制备过程降低制备成本为最终的规模化做好铺垫。

本发明使用蛋白作为模板剂，以三价铁离子盐作为前驱体，在水热条件下通过控制所使用蛋白的浓度来制备形貌可控的α-Fe₂O₃介晶。

本发明所使用的三价铁离子盐为氯化铁、硝酸铁或硫酸铁的一种或多种；蛋白既可以是单一蛋白如牛血清白蛋白，溶菌酶，过氧化氢酶也可以是蛋白混合物如廉价鸡蛋清。

本发明所述技术方案相比于现有技术具有以下优点：

（1）本发明提供了一种简单、廉价和高效制备形貌可控α-Fe₂O₃介晶的方法。结果表明在水热条件下，蛋白对形成形貌可控的α-Fe₂O₃介晶具有非常类似的调节功能；

（2）本发明提供了一种在水热条件下，通过改变蛋白的浓度来调控所制备α-Fe₂O₃介晶的形貌的方法，其形貌与蛋白质种类无关，本发明中所采用蛋白均能实现调控目的；

（3）本发明中，在水热合成过程中通过改变蛋白的浓度，可以制备尺寸均一，结构规整的纺锤体型和橄榄形α-Fe₂O₃介晶。

附图说明

图1是以不同浓度牛血清白蛋白为模板制备所制备α-Fe₂O₃的X射线衍射图谱。蛋白的质量浓度分别为：(a)0%;(b)0.1%;(c)0.5%；

图2是以不同浓度牛血清白蛋白为模板制备所制备α-Fe₂O₃的场发射扫描电子显微镜照片。蛋白的质量浓度分别为：(a)0%;(b)0.01%;(c)0.05%;(d)0.1%;(e)0.25%;和(f)0.5%；

图3是以不同浓度的溶菌酶，过氧化氢为模板制备所制备α-Fe₂O₃的场发射扫描电子显微镜照片。蛋白的种类及其质量浓度分别为：(a),(b)溶菌酶0.01%,0.05%;(c),(d)过氧化氢酶0.01%,0.05%;

图4是以不同浓度的鸡蛋清为模板制备所制备α-Fe₂O₃的场发射扫描电子显微镜照片。蛋清的质量浓度分别为：(a)0.01%；(b)0.05%。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明。这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明记载的内容之后，基于本发明的原理对本发明所做出的各种改动或修改同样落入本发明权利要求书所限定的范围。

实施例一:

以牛血清白蛋白为模版制备α-Fe₂O₃：

（1）准确配置浓度为0.12mol/L的三氯化铁水溶液和质量浓度为1%的牛血清白蛋白母液。向A,B,C三个50mL的聚四氟乙烯内衬中加入三氯化铁溶液17.5mL，随后分别加入0.35mL，1.75mL和3.5mL的蛋白母液，最后分别补加17.15mL，15.75mL和14mL的二次水从而制备35mL蛋白质量浓度分别为0.01%，0.05%和0.1%，三价铁离子浓度为0.06mol/L的混合溶液；

（2）将上述蛋白和金属盐溶液的混合物在室温下搅拌30min中直到溶液混合均匀；

（3）将（2）中的盛放有混合液的聚四氟乙烯内衬置于不锈钢反应釜中。将拧紧后反应釜放置到烘箱中，逐步升温至180℃，恒温反应10h。反应完毕，待反应釜冷却至室温后，取出反应液经多次离心洗涤将所得固体置于80^oC烘箱中直至烘干；

上述流程和方法同样适用于以过氧化氢酶和溶菌酶为模板制备的α-Fe₂O₃的操作中。

实施例二:

以鸡蛋清为模板制备α-Fe₂O₃：

（1）取新鲜购置的鸡蛋，取蛋清溶液。蛋清溶液中混合蛋白的计算方法如下：1g蛋清液中，按照蛋白含量10%，水含量90%处理。其质量浓度约为10%，将其稀释成质量分数为1%的鸡蛋清母液；

（2）准确配置浓度为0.12mol/L的三氯化铁水溶液和质量浓度为1%的鸡蛋清母液。向A,B,C三个50mL的聚四氟乙烯内衬中加入三氯化铁溶液17.5mL，随后分别加入0.35ml，1.75mL和3.5mL的蛋白母液，最后分别补加17.15mL，15.75mL和14mL的二次水从而制备35mL蛋白质量浓度分别为0.01%，0.05%和0.1%，三价铁离子浓度为0.06mol/L的混合溶液；

（3）将上述蛋白和金属盐溶液的混合物在室温下搅拌30min中直到溶液颜混合均匀；

（4）将（2）中的盛放有混合液的聚四氟乙烯内衬置于不锈钢反应釜中。将拧紧后反应釜放置到烘箱中，逐步升温至180^oC，恒温反应10h。反应完毕，待反应釜冷却至室温后，取出反应液经多次离心洗涤将所得固体置于80^oC烘箱中直至烘干。

Claims

1.一种利用蛋白制备形貌可控的α-Fe₂O₃介晶的方法；将蛋白包括单一组分蛋白如牛血清白蛋白、过氧化氢酶，溶菌酶以及混合蛋白如廉价鸡蛋清或者它们的混合物作为模板剂，与三价铁离子盐溶液（如三氯化铁、硝酸铁、硫酸铁等）混合，其混合溶液在水热条件下（100-240^oC，水热反应釜）制备形貌可控的α-Fe₂O₃介晶。

2.根据权利要求1中所述的形貌可控的α-Fe₂O₃介晶的制备方法，其特征在于，所述的模板剂为牛血清白蛋白、溶菌酶、过氧化氢酶或者混合蛋白鸡蛋清。

3.根据权利要求1中所述的形貌可控的α-Fe₂O₃介晶的制备方法，其特征在于，所述的三价铁离子盐溶液为三氯化铁、硝酸铁、硫酸铁等中的一种或多种组合溶液。

4.根据权利要求1中所述的形貌可控的α-Fe₂O₃介晶的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中三价铁离子的浓度为0.01-0.1mol·L^-1,蛋白的质量浓度为0.01%-1%。

5.根据权利要求1中所述的形貌可控的α-Fe₂O₃介晶的制备方法，其特征在于，将上述三价铁离子与蛋白的混合溶液置于聚四氟乙烯内衬中室温下搅拌5-60min，使其混合均匀；随后，将聚四氟乙烯内衬置入到不锈钢反应釜中拧紧后放入到烘箱加热反应。

6.根据权利要求1中所述的形貌可控的α-Fe₂O₃介晶的制备方法，其特征在于，所述的水热法的反应温度为180^oC，反应时间为1-20h。

7.根据权利要求1中所述的形貌可控的α-Fe₂O₃介晶的制备方法，其特征在于，当烘箱中的反应完成后，使反应釜自然冷却至室温；所得红褐色液体经离心-蒸馏水洗涤反复三次后，所得固体置于60-120^oC烘箱中干燥6-48h。