[发明专利]一种微生物腐蚀方法制备的铜铁纳米复合材料及应用

说明书

本发明公开了一种微生物腐蚀方法制备的铜铁纳米复合材料，所述铜铁纳米复合材料为含有复合物Cu‑Fe(OH)₂‑FeS的纳米片结构。制备方法包括如下步骤：清洗聚酯纤维布；将聚酯纤维布置于SnCl₂·2H₂O和HCl的混合液中，使其表面敏化；将其浸泡于PdCl₂和HCl的混合液中完成表面活化；用去离子水漂洗，并保持在氮气流下干燥；将活化的聚酯纤维布在CuSO₄·5H₂O、Na₃C₆H₅O₇、NH₄Cl、10％NaOH和NaH₂PO₂·H₂O的DI水混合液中浸泡，得到有Cu沉积的聚酯纤维布；再将其浸入含有33％硫酸盐还原菌(SRB)的试剂瓶中，在无氧气氛下培养5‑14天，得到本发明铜铁纳米复合材料。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种微生物腐蚀方法制备铜铁纳米复合材料及其应用。

技术背景

贵金属基纳米材料具有优异的电催化效率，但其高昂的成本、稀缺性等缺点极大限制了其实际应用。相比较而言，金属氧化物，氢氧化物以及硫化物也具有相当高的电催化活性，可作为贵金属材料的替代品，在电化学传感检测领域具有广泛应用前景。特别是将金属氧化物/氢氧化物与硫化物复合，这种复合材料更能展现出十分优异的电催化性能。层状纳米结构的铜-铁氧化物/氢氧化物和硫化物的复合材料已经被证明具有优异的电催化活性，目前的合成方法包括电沉积法和水热法。然而这些自下而上的制备方法需要非常严格的合成条件，如高温和高压。因此，开发一种简单高效的层状纳米结构的铜-铁氧化物/氢氧化物复合材料的方法对于实现其在电化学传感器方向的应用，甚至其他领域的应用依然是一个巨大的挑战。

在腐蚀工程中，金属腐蚀通常是在常温常压下进行的。因此，这种自上而下的金属腐蚀策略提供了一种在温和环境条件下构建集成纳米材料的新途径。此外，自然界的许多微生物通常能够加快腐蚀过程，并最终在基质上产生腐蚀产物。值得一提的是，硫酸盐还原菌(sulfate reducing bacteria,SRB)是油田采出水、近海沉积物等中存在的主要腐蚀性微生物，通过酶将硫酸盐还原为硫化物来获取能量。通常，SRB对碳钢的腐蚀产生硫化铁和铁(氧)氢氧化物的整体腐蚀产物。因此，SRB的腐蚀方法可解决上述制备工艺繁琐、危险、昂贵等问题，也构建理想的高效复合电极材料提供一种新的途径。

发明内容

本发明的目的是提供一种微生物腐蚀方法制备的铜铁纳米复合材料，同时提供该铜铁纳米复合材料的应用，解决现有技术中铜-铁氧化物/氢氧化物和硫化物的复合材料中需要高温高压、繁琐的工艺、前驱体溶液的精细处理和制备纳米材料的昂贵等技术问题。本发明提出的微生物腐蚀方法制备铜铁纳米复合材料的方法，是通过SRB对铁的腐蚀产生硫化铁和铁(氧)氢氧化物的复合腐蚀产物。这些SRB产生的腐蚀产物具有优异的电催化性能。SRB腐蚀方法克服了上述高温高压、工艺繁琐复杂，以及昂贵等问题。

为实现上述目的，本发明首先提供了一种微生物腐蚀方法制备铜铁纳米复合材料的方法，包括以下步骤：

(1)采用聚酯纤维布作为支撑衬底，使用中性去离子水清洗聚酯纤维布；

(2)配置SnCl₂·2H₂O和HCl的混合溶液，将步骤(1)中聚酯纤维布置于该溶液，在室温下温和搅拌，使其表面敏化；

(3)经步骤(2)得到的敏化聚酯纤维布浸泡于PdCl₂和HCl的混合溶液中完成表面活化；

(4)经步骤(3)得到的活化聚酯纤维布用去离子水漂洗，并保持在氮气流下干燥，同时避免污染；