一种基于烟草花叶病毒模板的纳米金材料的制备方法

摘要

本发明公开了一种基于烟草花叶病毒模板的纳米金材料的制备方法，采用可溶性的亚硫酸盐和硫氰酸盐与氯金酸反应，得到含金络合离子[Au（SCN）

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于烟草花叶病毒模板的纳米金材料的制备方法，属于有机-无机复合功能材料制备技术领域。

背景技术

病毒可成为构筑新材料的理想模板（R. Tsukamoto, M. Muraoka, M. Seki, H. Tabata, I. Yamashita. Synthesis of CoPt and FePt₃ Nanowires Using the Central Channel of Tobacco Mosaic Virus as a Biotemplate [J]. Chem. Mater., 2007, 19: 2389.）。除了可以在纳米和分子层次上对材料进行微观组装，病毒外壳蛋白还拥有规律分布的空间结合点，可以使得以它为模板构筑的材料有序化，这些都会对材料的性能产生积极的影响。烟草花叶病毒（TMV）是一种可被用来构筑低维材料的模板，该病毒具有纳米管状结构，管长为300 nm，管内径为4 nm，外径为18 nm。TMV内、外表面有多种活性基团，通过改变反应条件，就可能使不同物质结合在TMV纳米管的内、外表面上，从而得到具有不同功能的新型材料

以TMV为模板进行纳米晶、线的制备，是TMV模板在材料领域的重要应用（R. J. Tseng, C. Tsai, L. Ma, J. Ouyang, C. S. Ozkan, Y. Yang. Digital memory device based on tobacco mosaic virus conjugated with nanoparticles [J]. Nature Nanotechnology, 2006, 1: 72.。M. Knez, M. Sumser, A. M. Bittner, C. Wege, H. Jeske, T. P. Martin, K. Kern. Spatially selective nucleation of metal clusters on the tobacco mosaic virus [J]. Adv. Funct. Mater., 2004, 14: 116.。E. Dujardin, C. Peet, G. Stubbs, J. N. Culver, S. Mann. Organization of metallic nanoparticles using tobacco mosaic virus templates [J]. Nano Lett., 2003, 3: 413.）。目前，已经在TMV纳米管表面已经实现了多种贵金属纳米晶、线的生长。当前的研究集中于基于TMV模板的纳米晶、线的生长上，涉及材料性能的研究非常罕见。金纳米晶对CO氧化具有显著的催化作用，而TMV模板对纳米晶又可以起到很好的稳定、分散作用，因此基于TMV模板生长的金纳米晶有在CO催化氧化领域获得应用的潜力。但从当前研究来看，基于TMV模板生长的金纳米晶往往不能获得很好的模板覆盖率，即金纳米晶在TMV模板上生长密度不高，如图1所示，这会限制TMV-纳米金材料催化性能的提高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于烟草花叶病毒模板的纳米金材料的制备方法，以提高纳米金在TMV模板上的生长密度。

为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于烟草花叶病毒模板的纳米金材料的制备方法，其步骤如下：

1）溶液的配制

a将烟草花叶病毒-TMV制成悬浮液，即溶液A，并对溶液A进行超声处理，处理时间为0~10 min；

b将可溶性亚硫酸盐、可溶性硫氰酸盐、氯金酸配制成混合溶液，浓度分别为0.05~0.1 M、0.1~0.2 M、0.01~0.05 M，然后静置，即溶液B；

2）将溶液A与溶液B混合并搅拌均匀，再加入还原剂柠檬酸钠，加入后浓度为0.1~0.2 M，并于40-60℃加热保温处理，然后用去离子水以离心的方法对产物进行多次洗涤、提纯，得到深棕色颗粒状产物，即基于烟草花叶病毒模板的纳米金材料。

步骤1）a中所述TMV悬浮液的浓度为0.10~0.15mg/mL。

步骤1）a中所述悬浮液配置后进行超声处理，处理时间为0~10 min。

步骤2）所述加热保温处理时间为60-90分钟。

所述可溶性亚硫酸盐为亚硫酸钾或亚硫酸钠。

所述可溶性硫氰酸盐为硫氰酸钾或硫氰酸钠。

本发明的基于烟草花叶病毒模板的纳米金材料的制备方法，采用SO₃^2-将Au³⁺还原为Au⁺，SCN^-可与Au⁺较为稳定地络合为Au（SCN）₂^-，该离子对TMV表面的官能团具有极强的结合作用，因此在反应体系中加入SO₃^2-、SCN^-，就能够望改善纳米金在TMV模板上生长环境，提高纳米金的生长密度，最后采用还原剂将Au⁺原位还原为游离态金，形成高生长密度的TMV-纳米金材料。

附图说明

图1为文献所报道的基于TMV模板生长的纳米金TEM照片（Adv. Funct. Mater., 2004, 14: 116.）；

图2为本发明制备的基于烟草花叶病毒模板的纳米金材料的TEM照片。

具体实施方式

实施例1

本实施例的基于烟草花叶病毒模板的纳米金材料的制备方法，步骤如下：

1）溶液的配制

a将烟草花叶病毒-TMV制成浓度为0.10 mg/mL的悬浮液，即溶液A；

b将Na₂SO₃、NaSCN、氯金酸溶解于去离子水中制成混合溶液，其中Na₂SO₃、NaSCN、氯金酸的浓度分别为0.05 M、0.1 M、0.01 M，将混合溶液静置30 min以上，即溶液B；

2）将溶液A与溶液B混合并搅拌30分钟以上，再加入0.1 M的柠檬酸钠，并于40℃加热保温处理90分钟，然后用去离子水以离心的方法对产物进行多次洗涤、提纯，得到深棕色颗粒状产物，将该产物再次分散于去离子水中，即得到含有目标产物的悬浮液。为了便于进行透射电镜测试，可先将产物分散于去离子水中，形成含有产物的悬浮液，而后再把微量悬浮液滴到铜网上进行测试。

实施例2

本实施例的基于烟草花叶病毒模板的纳米金材料的制备方法，步骤如下：

1）溶液的配制

a将烟草花叶病毒-TMV制成浓度为0.10 mg/mL的悬浮液，即溶液A；

b将Na₂SO₃、NaSCN、氯金酸溶解于去离子水中制成混合溶液，其中Na₂SO₃、NaSCN、氯金酸的浓度分别为0.1 M、0.2 M、0.05 M，将混合溶液静置30 min以上，即溶液B；

2）将溶液A与溶液B混合并搅拌30分钟以上，再加入0.15 M的柠檬酸钠，并于60℃加热保温处理60分钟，然后用去离子水以离心的方法对产物进行多次洗涤、提纯，得到深棕色颗粒状产物，将该产物再次分散于去离子水中，即得到含有目标产物的悬浮液。

实施例3

本实施例的基于烟草花叶病毒模板的纳米金材料的制备方法，步骤如下：

1）溶液的配制

a将烟草花叶病毒-TMV制成浓度为0.15 mg/mL的悬浮液，将此悬浮液超声处理10 min，即溶液A；

b将Na₂SO₃、NaSCN、氯金酸溶解于去离子水中制成混合溶液，其中Na₂SO₃、NaSCN、氯金酸的浓度分别为0.1 M、0.2 M、0.05 M，将混合溶液静置30 min以上，即溶液B；

2）将溶液A与溶液B混合并搅拌30分钟以上，再加入0.1 M的柠檬酸钠，并于50℃加热保温处理75分钟，然后用去离子水以离心的方法对产物进行多次洗涤、提纯，得到深棕色颗粒状产物，将该产物再次分散于去离子水中，即得到含有目标产物的悬浮液。

实施例4

本实施例的基于烟草花叶病毒模板的纳米金材料的制备方法，步骤如下：

1）溶液的配制

a将烟草花叶病毒-TMV制成浓度为0.12 mg/mL的悬浮液，将该悬浮液超声处理5分钟，即溶液A；

b将K₂SO₃、KSCN、氯金酸溶解于去离子水中制成混合溶液，其中K₂SO₃、KSCN、氯金酸的浓度分别为0.08 M、0.15 M、0.03 M，将混合溶液静置30min以上，即溶液B；

2）将溶液A与溶液B混合并搅拌30分钟以上，再加入0.2 M的柠檬酸钠，并于40℃加热保温处理90分钟，然后用去离子水以离心的方法对产物进行多次洗涤、提纯，得到深棕色颗粒状产物，将该产物再次分散于去离子水中，即得到含有目标产物的悬浮液。

实施例5

本实施例的基于烟草花叶病毒模板的纳米金材料的制备方法，步骤如下：

1）溶液的配制

a将烟草花叶病毒-TMV制成浓度为0.15 mg/mL的悬浮液，将该悬浮液超声处理10 min，即溶液A；

b将K₂SO₃、KSCN、氯金酸溶解于去离子水中制成混合溶液，其中K₂SO₃、KSCN、氯金酸的浓度分别为0.1 M、0.2 M、0.05 M，将混合溶液静置30 min以上，即溶液B；

2）将溶液A与溶液B混合并搅拌30分钟以上，再加入0.1 M的柠檬酸钠，并于60℃加热保温处理60分钟，然后用去离子水以离心的方法对产物进行多次洗涤、提纯，得到深棕色颗粒状产物，将该产物再次分散于去离子水中，即得到含有目标产物的悬浮液。