專利名稱：短棒狀及牡丹花狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種利用DNA生物大分子為模板制備 短棒狀及牡丹花狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體的工藝。
背景技術(shù)：
硫化鉛是一種立方巖鹽結(jié)構(gòu)半導體材料，具有窄的帶隙(0. 41eV)和大的玻爾激 子半徑(18nm)。硫化鉛納米晶具有強的量子限域效應，其三次非線性光學性能大約是GaAs 的30倍，CdSe的1000倍，在近紅外通訊、光子開關(guān)、熱和生物成像、光電器件、太陽能電池 以及高效光伏轉(zhuǎn)化等方面有著潛在的應用價值，其誘人的應用前景引起了化學家及材料科 學家們的廣泛關(guān)注并已成為納米材料研究的熱點。目前關(guān)于硫化鉛的制備方法有很多。從原料上大致分為兩類一類是用鉛鹽(醋 酸鉛、硝酸鉛、高氯酸鉛等)，含硫化合物(硫化氫、硫脲等)作原料，以膠束，聚合物，分 子篩或表面活性劑等為模板進行控制合成。Dong等人在《膠體與界面科學》(J. Colloid Interface. 2006，301-503)的文章中以乙酸鉛為鉛源、CS2為硫源在表面活性劑十六烷基三 甲基溴化銨(CTAB)作用下，反應溫度40°C下靜置3d后得到PbS納米棒，但CS2為有毒試劑， 對人體有很大的毒害作用；Wan等人在《材料化學與材料物理學》(Mater. Chem. Phys. 2004， 88,217)的文章中通過表面活性劑十二烷基磺酸鈉(SDS)的輔助，160°C條件下兩相界面反 應20h得到PbS納米棒，由于僅在界面處生成納米棒，其產(chǎn)量比較低。另一類是用單質(zhì)鉛、硫 作原料通過單質(zhì)反應合成硫化鉛納米顆粒。Parkin等人在《化學通訊》(Chem. Commun. 1996， 1095-1096)的文章中用金屬鉛，硫以液氨為介質(zhì)，在高壓釜中反應2 12h得到了硫化鉛。 張勇等人在《微波輻照元素反應合成硫化鉛納米粒子》(中山大學學報(自然科學版)， 2003,42(2) 50-51)這篇文章中用金屬鉛、硫以及不同的溶劑乙二胺，N, N’ 一二甲基甲酞 胺，氨水等為反應介質(zhì)，在微波輻照下，元素硫和鉛一步反應生成硫化鉛。這些方法的缺點 是反應裝置繁瑣，反應工藝較為復雜。上述化學合成方法條件比較苛刻，存在各種缺陷，而生物模板法以其條件溫和，操 作簡單等諸多優(yōu)勢，近年來成為納米結(jié)構(gòu)材料的研究熱點。如于雪蓮等人在《生物分子模板 法制備不同形貌硫化鉛納米材料》(硅酸鹽通報2010，29 (2) 450-457)這篇文章中利用半胱 氨酸為模板，通過控制其加入量，合成了樹枝狀、分級結(jié)構(gòu)、多臂硫化鉛等多種形貌納米結(jié) 構(gòu)體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種短棒狀及牡丹花狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)材料及其制備方 法，該方法不僅操作簡單，制備條件溫和，避免了常規(guī)制備方法的復雜工藝，并且能夠通過 生物大分子對無機晶體成核過程的調(diào)控方便地控制PbS晶體的形貌和結(jié)構(gòu)，在PbS晶體生 長研究中具有獨特的優(yōu)勢。本發(fā)明的技術(shù)方案是
短棒狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)材料由DNA分子與硫化鉛分子結(jié)合而成，構(gòu)成短棒狀狀納 米結(jié)構(gòu)的硫化鉛的長度為180 260nm，直徑為40 70nm。牡丹花狀納米結(jié)構(gòu)硫化鉛由DNA分子與硫化鉛分子結(jié)合而成，構(gòu)成牡丹花狀納米 結(jié)構(gòu)的硫化鉛的直徑為800 1400nm。本發(fā)明的方法是直接以生物納米結(jié)構(gòu)DNA為模板制備硫化鉛納米材料，將濃度為1 2mg/mL的 DNA溶液與濃度為50mM的硝酸鉛溶液充分混合后，進行水浴加熱到達35_45°C時，加入濃度 為0. 4M的硫代乙酰胺溶液，并低速攪拌，加熱至70°C保持5-lOmin，待冷卻后洗滌、離心取 沉淀干燥處理即為DNA為模板的硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體。本發(fā)明的具體步驟是(1)將濃度為1 2mg/mL的DNA水溶液與濃度為50mM的Pb (NO3) 2水溶液按1 1 的比例混合，靜置24h以上；(2)將混合物置于三口瓶中對其水浴加熱，至35_45°C時滴加(0. 3mL/s)濃度為 0.4M的硫代乙酰胺(TAA)水溶液，與步驟(1)中混合溶液體積比為1 2，并低速攪拌，加 熱至70°C保持5-10min ；(3)將三口瓶在常溫水浴中冷卻至室溫，所得產(chǎn)物在5000 8000rpm下離心20 30min ；(4)將離心所得沉淀分別用去離子水和無水甲醇洗滌兩遍，_45°C冷凍干燥后可得 到以DNA為模板的短棒狀及牡丹花狀納米結(jié)構(gòu)體。利用DNA為模板制備短棒狀及牡丹花狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體的方法在步驟(2)中所 用的DNA體系濃度為1 2mg/mL，溶液保存于4°C環(huán)境中，使用前需反復混勻，使DNA完全 分散于去離子水中。本發(fā)明的有益效果是該方法的顯著特征是直接以生物大分子DNA為模板，制備 出了形貌較為特殊的短棒狀及牡丹花狀納米結(jié)構(gòu)體。這種仿生礦化方法操作簡單，制備條 件溫和，形貌均一，克服了常規(guī)制備方法的復雜工藝，并且能夠通過生物分子對無機晶體成 核過程的調(diào)控，控制PbS晶體的形貌和結(jié)構(gòu)，在PbS晶體生長研究中具有獨特的優(yōu)勢。為新 型硫化鉛納米材料的制備提供了切實可行的思路，為深入研究硫化鉛晶體形貌的調(diào)控打下 了基石出。


圖1是以DNA為模板的短棒狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體的SEM圖；圖2是局部放大的以DNA為模板的短棒狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體的SEM圖；圖3是以DNA為模板的短棒狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體的EDS譜圖；圖4是以DNA為模板的短棒狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體的XRD譜圖；圖5是以DNA為模板的牡丹花狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體的SEM圖，該圖兼作摘要附圖；圖6局部放大的以DNA為模板的牡丹花狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體的SEM圖；圖7是以DNA為模板的短棒狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體的EDS譜圖；圖8是以DNA為模板的牡丹花狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體的XRD譜圖。
具體實施例方式實施例1 以DNA為模板的短棒狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體制備方法將50mL濃度為lmg/mL的DNA水溶液與50mL濃度為50mM的Pb (NO3) 2水溶液混 合，靜置24h。將混合物置于三口瓶中對其水浴加熱，至40°C時滴加(0. 3mL/s)50mL濃度為 0. 4M的TAA水溶液，并低速攪拌，加熱至70°C保持5min。將三口瓶在常溫水浴中冷卻至室 溫，所得產(chǎn)物在5000 8000rpm下離心20 30min，將離心所得沉淀分別用去離子水和無 水甲醇洗滌兩遍，_45°C冷凍干燥后可得到以DNA為模板的短棒狀納米結(jié)構(gòu)體。實施例2 以DNA為模板的牡丹花狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體制備方法將50mL濃度為2mg/mL的DNA水溶液與50mL濃度為50mM的Pb (NO3) 2水溶液混 合，靜置24h。將混合物置于三口瓶中對其水浴加熱，至40°C時滴加(0. 3mL/s)50mL濃度為 0. 4M的TAA水溶液，并低速攪拌，加熱至70°C保持5min。將三口瓶在常溫水浴中冷卻至室 溫，所得產(chǎn)物在5000 8000rpm下離心20 30min，將離心所得沉淀分別用去離子水和無 水甲醇洗滌兩遍，_45°C冷凍干燥后可得到以DNA為模板的牡丹花狀納米結(jié)構(gòu)體。
權(quán)利要求
一種短棒狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)材料，其特征是由DNA分子與硫化鉛分子結(jié)合而成，構(gòu)成短棒狀狀納米結(jié)構(gòu)的硫化鉛的長度為180～260nm，直徑為40～70nm。
2.一種牡丹花狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)材料，其特征是由DNA分子與硫化鉛分子結(jié)合而成， 構(gòu)成牡丹花狀納米結(jié)構(gòu)的硫化鉛的直徑為800 1400nm。
3.—種短棒狀及牡丹花狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其方法是直接以生物納 米結(jié)構(gòu)DNA為模板制備硫化鉛納米材料，將濃度為1 2mg/mL的DNA溶液與濃度為50mM 的硝酸鉛溶液充分混合后，進行水浴加熱到達35-45°C時，加入濃度為0. 4M的硫代乙酰胺 溶液，并低速攪拌，加熱至70°C保持5-lOmin，待冷卻后洗滌、離心取沉淀干燥處理即為DNA 為模板的硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種短棒狀及牡丹花狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)材料的制備方法，其 方法是a、將濃度為1 2mg/mL的DNA水溶液與濃度為50mM的Pb(NO3) 2水溶液按1 1的比 例混合，靜置24h以上；b、將混合物置于三口瓶中對其水浴加熱，至35-45°C時滴加0.3mL/s濃度為0. 4M的 硫代乙酰胺水溶液，與步驟a中混合溶液體積比為1 2，并低速攪拌，加熱至70°C保持 5-10min ；c、將三口瓶在常溫水浴中冷卻至室溫，所得產(chǎn)物在5000 8000rpm下離心20 30min ；d、將離心所得沉淀分別用去離子水和無水甲醇洗滌兩遍，_45°C冷凍干燥后可得到以 DNA為模板的短棒狀及牡丹花狀納米結(jié)構(gòu)體。
5.根據(jù)權(quán)利要求3和4所述的一種短棒狀及牡丹花狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)材料的制備方 法，其方法是利用DNA為模板制備短棒狀及牡丹花狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體的方法在步驟b中所用的 DNA體系濃度為1 2mg/mL，溶液保存于4°C環(huán)境中，使用前需反復混勻，使DNA完全分散于 去離子水中。
全文摘要
一種短棒狀及牡丹花狀硫化鉛納米結(jié)構(gòu)材料及其制備方法，屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，其方法是直接以生物納米結(jié)構(gòu)DNA為模板制備硫化鉛納米材料，將濃度為1～2mg/mL的DNA溶液與濃度為50mM的硝酸鉛溶液充分混合后，進行水浴加熱到達35-45℃時，加入濃度為0.4M的硫代乙酰胺溶液，并低速攪拌，加熱至70℃保持5-10min，待冷卻后洗滌、離心取沉淀干燥處理即為DNA為模板的硫化鉛納米結(jié)構(gòu)體。有益效果是直接以生物大分子DNA為模板，這種仿生礦化方法操作簡單，制備條件溫和，形貌均一，并且能夠通過生物分子對無機晶體成核過程的調(diào)控，控制PbS晶體的形貌和結(jié)構(gòu)，在PbS晶體生長研究中具有獨特的優(yōu)勢。
文檔編號B82B3/00GK101941735SQ20101027628
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月9日
發(fā)明者于源華, 何乃彥, 劉振寧, 崔薇, 徐任, 王姝 申請人:長春理工大學