《室溫下酶誘導組裝多級微納米結構金屬氧化物》是依託北京工業大學，由陳戈擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：室溫下酶誘導組裝多級微納米結構金屬氧化物
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳戈
- 依託單位：北京工業大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
化石燃料的日益枯竭以及全球環境的持續惡化，對無機材料的合成策略提出新的要求。相對於既耗能又有污染的常規合成方法，源於生物礦化概念的生物分子體外誘導合成，可以在溫和的環境下（室溫、大氣壓、水溶液體系、不加腐蝕性化學試劑）合成各種無機材料，是一種環境友好而且節約能源的合成路徑。目前所報導的工作大多集中在室溫下選擇生物分子從前驅體水溶液中沉澱出各種金屬氧化物，對於材料的形貌，結構則缺乏有效的調控。本項目利用酶特有的生物活性和蛋白結構特徵，作為生物誘導分子在室溫下水溶液體系中促進金屬前驅體水解、氧橋合、以及氧化物的生長過程，分別在平衡態和非平衡態條件下實現酶/氧化物雜合結構的自組裝，進而得到材料的多級微納米結構，並對其機理進行分析和探討，探索所合成材料作為人造器件材料的可行性。本研究將揭示酶誘導組裝金屬氧化物的規律，為納米材料的自組裝以及無機材料的低溫合成提供思路，具有重要學術價值和社會意義。
結題摘要
通過對酶催化活性位點的模擬，選擇相關類酶有機分子，並對其在仿生鈦化中的作用做了系統研究，進一步運用層層仿生鈦化方法有效調控所合成TiO2形貌，尺寸，結構，異質結構等物理化學性質，最終將所合成材料套用於電極材料及光催化劑，並展現出較好的性能。具體研究成果如下： 1）選擇溶菌酶，魚精蛋白，殼聚糖，多胺分子作為仿生鈦化誘導分子，研究分子結構對於仿生鈦化過程中對產物形貌，晶型的影響。在殼聚糖誘導過程中我們發現了室溫下銳鈦礦相向金紅石相的轉變過程，進一步研究表明殼聚糖上的氨基質子化程度與室溫相變過程密切相關。（Journal of Materials Chemistry 2011, 21, 10755.）而在多胺分子誘導過程中，我們同樣觀察到一個由銳鈦礦相向金紅石相轉變的過程，並且在這期間，通過奧斯瓦爾德熟化過程得到具有高比表面積的空心結構，這是首次在仿生鈦化過程中觀察到空心結構。（Dalton Transaction 2013, 42, 12179.） 2）將基於靜電作用的傳統層層自組裝（layer-by-layer）與仿生鈦化相結合，以泡沫鎳，石墨烯氧化物為基底，構築了多級納米結構二氧化鈦及其複合物，並套用於鋰離子電池負極材料和光催化劑，展現出較好的性能。其中由石墨烯氧化物作為基底合成的多級銳鈦礦相二氧化鈦納米片，具有較高的贗電容儲鋰能力。（ACS Applied Materials Interface 2013，5, 6285.）而且在層層仿生鈦化過程中，利用有機分子與HAuCl4的相互作用將納米金引入，最終得到TiO2/Au複合納米片。（Nanoscale 2013, 5, 10472.）研究還發現由魚精蛋白作為誘導分子在泡沫鎳上得到的無定形鈦氧化物，如果在還原性條件下裂解可得到TiO2-B這一晶型。（ACS Applied Materials Interface 2013, 5, 3631.） 3）利用仿生鈦化快速合成的特點，將尿素酶或葡萄糖氧化酶固定在由仿生鈦化合成的納米TiO2上，作為納米反應器，催化尿素或葡萄糖，藉由催化後納米片周圍的局域環境變化來誘導沉積氧化物或貴金屬，並將所得TiO2複合結構套用於光催化劑。
