[发明专利]功能化石墨烯氧化物吸附酶诱导合成TiO2-ZnO的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用生物酶大分子在生物体外仿生矿化得到二元金属氧化物（TiO₂-ZnO）的制备方法，属于生物仿生矿化技术领域和纳米材料技术领域。

背景技术

随着社会的高速发展，日益严重的能源供需及环境污染已经成为制约社会发展的瓶颈，因此亟待需要开发新能源、发明新材料。但是传统的制备无机材料的方法又会对环境造成一定的污染，因此相较于传统的制备无机材料的方法，源于生物矿化理念的生物分子在温和条件下诱导体外合成各种无机材料为我们提供了一种绿色节能的新型合成路径。因此研究人员希望利用生物分子（如蛋白质（包括酶），肽等）在生物体外诱导合成那些不能在自然界中矿化的但却用处广泛的金属氧化物如TiO₂、ZnO等。

在这些材料中，二氧化钛和氧化锌在光催化剂、光伏电池、太阳能电池以及传感器方面有潜在的应用，但是单一的材料难以满足近乎苛刻的应用要求，因此制备二氧化钛和氧化锌的复合材料成为我们研究的重要对象。利用特定的生物大分子-溶菌酶和尿素酶，在生物体外温和条件下分别诱导钛源和锌源的前驱体水溶液发生水解和催化反应，从而在室温下得到具有一定形貌晶型结构的TiO₂-ZnO二元金属氧化物。

发明内容

本发明提出了一种首先利用生物大分子（溶菌酶，Loy）吸附在功能化石墨烯氧化物（SG‐GO）上作为复合模板，其次诱导有机钛（二（2-羟基丙酸）二氢氧化二铵合钛,Ti-BALDH））前驱体水溶液水解生成TiO₂的过程中将尿素酶包埋在其中，再次在室温下加入尿素（Urea），使得在尿素酶（Urease）的作用下分解尿素，从而提供局部高碱性环境，将锌源（Zn(NO₃)₂）前驱体在尿素酶附近中矿化得到目标产物TiO₂-ZnO二元金属氧化物。包括以下步骤：

（1）在室温、大气压条件下，将溶剂绿（8-羟基-1,3,6-芘三磺酸三钠盐，SG）溶于水，一般浓度为0.05～5g/L；同时将石墨烯氧化物加入水中，浓度为0.05～5g/L，然后将溶剂绿水溶液加入到石墨烯氧化物中，溶剂绿通过π-π堆叠作用吸附在石墨烯氧化物上，磁力搅拌12h后，用去离子水离心洗涤掉残余的溶剂绿，得到功能化石墨烯氧化物（SG‐GO）；溶剂绿水溶液加入到石墨烯氧化物中时，一般溶剂绿和石墨烯氧化物的质量比为1：（0.1～10）。

（2）将溶菌酶溶于水中，其浓度为0.1～50g/L，将步骤（1）的功能化石墨烯氧化物（SG-GO）加入水，功能化石墨烯氧化物的浓度为0.05～5g/L，将溶菌酶水溶液与功能化石墨烯氧化物水溶液混合，溶菌酶（Loy）通过静电引力作用吸附在功能化石墨烯氧化物（SG‐GO）上，磁力搅拌0.5h后，用去离子水离心洗涤掉残余的溶菌酶，得到功能化石墨烯氧化物与溶菌酶的复合软模板（GO-SG-Loy），将溶菌酶水溶液与功能化石墨烯氧化物水溶液混合时，一般溶菌酶与功能化石墨烯氧化物的质量比为（1～10）：（1-5）；

（3）将步骤（2）中的功能化石墨烯氧化物与溶菌酶的复合物模板（GO-SG-Loy）在室温下加入去离子水中，待超声均匀后，一般浓度为0.05～25g/L，将有机钛（（2-羟基丙酸）二氢氧化二铵合钛,Ti-BALDH））前驱体与尿素酶的混合溶液逐滴滴入到上述复合软模板（GO-SG-Loy）溶液中，在生成二氧化钛的同时将尿素酶包埋在其中，用去离子水离心洗涤掉残余的有机钛（Ti-BALDH），一般有机钛（（2-羟基丙酸）二氢氧化二铵合钛,Ti-BALDH））前驱体与尿素酶的混合溶液中有机钛前驱体的浓度为0.5～150g/L,尿素酶的浓度为0.1～50g/L，复合软模板（GO-SG-Loy）与有机钛和尿素酶的质量比例一般为1:（1～50）:（0.1～5）。

（4）将步骤（3）中二氧化钛包埋尿素酶（GO-SG-TiO₂-Urease）的中间产物分散于水中，一般浓度为0.1～50g/L，逐滴加入尿素水溶液，尿素水溶液浓度为0.01～20g/L，使得尿素酶催化尿素水解，从而提供局域高碱性环境，搅拌10min后，加入硝酸锌水溶液，浓度为0.01～50g/L，磁力搅拌20min后，用去离子水洗涤离心，80℃真空烘箱烘干，即可得到目标产物TiO₂-ZnO二元金属氧化物，一般尿素、硝酸锌与二氧化钛包埋尿素酶的中间产物的质量比为1:（0.1～20）：（1～50）。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：