[发明专利]一种光热金属纳米材料硒化铜的快速可控生物合成方法

说明书

本发明涉及光热金属纳米材料合成技术领域，公开了一种光热金属纳米材料硒化铜的快速可控生物合成方法。本发明方法中反应体系的Cu_2‑xSe纳米颗粒形成过程无需依赖特定胞内或胞外还原酶，而只需要将细菌胞内代谢产生的电子通过细胞膜上的电子传递链连续不断的转移至胞外，并通过溶解性电子媒介进一步实现Na₂SeO₃后与Cu²⁺的胞外还原以及Cu_2‑xSe纳米颗粒自组装。因此，该体系的Cu_2‑xSe纳米颗粒生物合成机理显著区别于传统方法。

技术领域

本发明涉及光热金属纳米材料合成技术领域，具体的说是涉及一种光热金属纳米材料硒化铜的快速可控生物合成方法。

背景技术

硒化铜(Cu_2-xSe)纳米颗粒是一种具有独特的光电、光热性质的金属纳米材料，被广泛应用于热电器件制造、催化和医学治疗等领域。目前，Cu_2-xSe纳米材料的大规模制备主要采用化学合成方法，存在能耗与成本高(需高温高压反应条件)、操作复杂、产生二次污染等问题。近年来，基于微生物代谢过程的生物合成方法作为一种绿色、简便的纳米材料制备方法开始受到广泛关注。但是，微生物复杂的胞内代谢途径会干扰金属的生物转化和金属纳米材料的生物合成过程，并且有毒金属离子进入胞内会降低细胞代谢活性从而抑制材料的生物合成。因此，现有的生合成体系难以实现纳米材料高效、可控的合成，并且所合成的纳米材料在质量和性能上往往无法与化学合成的同类产品相媲美。

目前，利用生物合成方法制备硒化物的方法普遍采用胞内合成途径，具体途径为：利用胞内特定的硒还原酶、还原性巯基蛋白等将(亚)硒酸盐还原生成低价态的有机硒，进而利用胞内的巯基蛋白或植物螯合肽等抓捕进入胞内的重金属离子，两者在胞内再而反应形成硒化物。然而，由于胞内代谢途径与产物的复杂，一部分进入胞内的重金属会生成硫化物、磷化物、氢氧化物等副产物，从而显著降低了纳米材料产品的纯度和合成效率。目前，关于Cu_2-xSe纳米颗粒的生物合成仅有两篇论文报导。其中，有研究利用一株硒还原菌Pantoeaagglomerans同时还原Cu²⁺和SeO₃^2-，在Pantoea agglomerans体系中，细胞分泌少量氧化还原蛋白至胞外，进而还原溶液中的Na₂SeO₃后与Cu²⁺反应生成Cu_2-xSe纳米材料。然而，该体系材料合成过程中SeO₃^2-的还原依赖有限的胞外酶，还原能力弱且无法持续还原(仅能还原约0.1mM Cu²⁺和SeO₃^2-)，并且制备的Cu_2-xSe缺少产量、光热性能等信息，因此难以判断该合成方法的实际应用效果。

另外，有研究利用Shewanella oneidensis合成了较高光热性能的Cu_2-xSe纳米颗粒，但细胞仍然主要依靠胞内的功能酶还原Cu²⁺和Na₂SeO₃，产率仍然较低，并且在胞内形成Cu_2-xSe纳米颗粒，因此生物合成过程仍受到细胞毒性和胞内代谢的影响，产品性能仍有待提高。因此，现有生物合成方法尚难以实现Cu_2-xSe材料的大规模、快速可控制备。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光热金属纳米材料Cu_2-xSe的快速可控生物合成方法，使得所述合成方法能够高效率、快速和可控的合成光热金属纳米材料Cu_2-xSe。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种光热金属纳米材料硒化铜的快速可控生物合成方法，包括：

步骤1、将异化金属还原细菌在好氧条件下活化；