[发明专利]一种生物催化制备石墨烯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用生物催化法还原氧化石墨烯制备石墨烯的方法，属于生物材料领域。

背景技术

石墨烯是一种新型的二维纳米材料，是已知的世上最薄、最坚硬的纳米材料，它几乎是完全透明的。由于石墨烯具有高的比表面积、突出的导热性能和力学性能及其非凡的电子传递性能等一系列的优异的性质，所以制备高质量和高产量的石墨烯一直是人们关注的焦点。石墨烯的研究热潮也吸引了国内外材料制备研究的兴趣，石墨烯材料的制备方法已报道的有：机械剥离法、化学氧化法、晶体外延生长法、化学气相沉积法、有机合成法和碳纳米管剥离法等。氧化-还原法制备成本低廉且容易实现，目前被认为是制备石墨烯的最佳方法。即石墨氧化变成氧化石墨，再在超声条件下得到分散的氧化石墨烯溶液，再通过化学还原剂还原获得石墨烯。但它的缺点是宏量制备容易带来废液污染和制备的石墨烯存在一定的缺陷等问题。在还原氧化石墨烯过程中，为了减少环境污染，提高石墨烯性能，微生物还原开始引起人们的关注，目前已发现的有希瓦氏菌(Shewanella)，大肠杆菌(Escherichia coli)，节杆菌(Latin Name Arthrobacter sp.Conn and Dimmick)等等。

已有很多相关文献报道，希瓦氏菌可以用来还原氧化石墨烯为石墨烯，而且有很好的效果(如Everett C.Salas发表的Reduction of Graphene Oxide via Bacterial Respiration；Guangfei Liu发表的Quinone-mediated microbial synthesis of reduced graphene oxide with peroxidase-like activity)。虽然希瓦氏菌法制备的石墨烯相对于化学法制备的在结构和性能上有很大的进步,但它是人畜共患的条件致病菌，通常分布于淡水和海洋中。它对环境安全有一定的潜在威胁，对生物还原制备石墨的扩大化有一定的制约性，而且在制备石墨烯的过程中必须将废弃的希瓦氏菌进行集中灭菌处理，这增加了制备过程的步骤。Satyanarayana Reddy等人研究(Biological Synthesis of Gold and Silver Nanoparticles Mediated by the Bacteria Bacillus Subtilis)表明，枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)可以分泌一些蛋白，能够使氯金酸盐和银离子发生氧化还原反应生成金纳米粒子和银纳米粒子。而且它是一类重要的工业用微生物，主要用于各类工业用酶制剂的表达生产。因其有长期制备发酵食品的历史，是非致病的一种非病原微生物，不产毒素和致热致敏蛋白质，故为一种食品安全的菌种。相对于希瓦氏菌而言，更为安全可靠。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种生物催化制备石墨烯的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种生物催化制备石墨烯的方法，该方法包括如下步骤：

(1)将枯草芽孢杆菌B168活化，离心收集菌体，用M9简单培养基重悬；

(2)将步骤(1)中所得的枯草芽孢杆菌菌体与氧化石墨烯悬浮液混合，并加入电子介体维生素K₃的溶液，进行生物还原反应；

(3)将步骤(2)中经过生物还原反应的混合体系静置、离心后得到石墨烯，经清洗、沉淀，冷冻干燥后得到成品。

步骤(1)中，所述的枯草芽孢杆菌B168为ATCC-23857。

步骤(1)中，枯草芽孢杆菌B168的活化条件为：将菌种接种到固体培养基上，在37℃的恒温培养箱中活化12h，用接种环挑取单菌落于5mL液体培养基中，37℃、200rpm/min的恒温摇床培养12h；活化所用的固体培养基成分为：酵母膏5g/L，蛋白胨10g/L，NaCl10g/L，可溶性淀粉10g/L，琼脂粉18g/L；活化所用的液体培养基为：酵母膏5g/L，蛋白胨10g/L，NaCl10g/L，可溶性淀粉10g/L，溶剂为水。

步骤(1)中，所述的M9简单培养基成分为：Na₂HPO₄·7H₂O 12.8g/L，K₂HPO₄3g/L，NaCl0.5g/L，NH₄Cl1g/L，MgSO₄0.24g/L，CaCl₂0.0111g/L，葡萄糖4g/L，溶剂为水。