專利名稱：短棒狀硫化鉛納米結構材料及其制備方法
技術領域：
本發明屬于納米材料技術領域，特別是涉及一種利用DNA生物大分子為模板制備短棒狀硫化鉛納米結構體的工藝。
背景技術：
硫化鉛是一種立方巖鹽結構半導體材料，具有窄的帶隙(0.41 eV)和大的玻爾激子半徑(18 nm)。硫化鉛納米晶具有強的量子限域效應，其三次非線性光學性能大約是GaAs的30倍，CdSe的1000倍，在近紅外通訊、光子開關、熱和生物成像、光電器件、太陽能電池以及高效光伏轉化等方面有著潛在的應用價值，其誘人的應用前景引起了化學家及材料科學家們的廣泛關注并已成為納米材料研究的熱點。目前關于硫化鉛的制備方法有很多。從原料上大致分為兩類一類是用鉛鹽(醋酸鉛、硝酸鉛、高氯酸鉛等)，含硫化合物(硫化氫、硫脲等)作原料，以膠束，聚合物，分子篩或表面活性劑等為模板進行控制合成。Dong等人在《膠體與界面科學》(J. ColloidInterface. 2006, 301-503)的文章中以乙酸鉛為鉛源、CS2為硫源在表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)作用下，反應溫度40°C下靜置3d后得到PbS納米棒，但CS2為有毒試劑，對人體有很大的毒害作用；Wan等人在《材料化學與材料物理學》(Mater. Chem.Phys. 2004, 88，217)的文章中通過表面活性劑十二烷基磺酸鈉(SDS)的輔助，160°C條件下兩相界面反應20h得到PbS納米棒，由于僅在界面處生成納米棒，其產量比較低。另一類是用單質鉛、硫作原料通過單質反應合成硫化鉛納米顆粒。Parkin等人在《化學通訊》(Chem. Commun. 1996,1095-1096)的文章中用金屬鉛,硫以液氨為介質,在高壓爸中反應2 12h得到了硫化鉛。張勇等人在《微波輻照元素反應合成硫化鉛納米粒子》(中山大學學報(自然科學版)，2003，42(2) :50-51)這篇文章中用金屬鉛、硫以及不同的溶劑乙二胺，N，N’ 一二甲基甲酞胺，氨水等為反應介質，在微波輻照下，元素硫和鉛一步反應生成硫化鉛。這些方法的缺點是反應裝置繁瑣，反應工藝較為復雜。上述化學合成方法條件比較苛刻，存在各種缺陷，而生物模板法以其條件溫和，操作簡單等諸多優勢，近年來成為納米結構材料的研究熱點。如于雪蓮等人在《生物分子模板法制備不同形貌硫化鉛納米材料》(硅酸鹽通報2010，29 (2) 450-457)這篇文章中利用半胱氨酸為模板，通過控制其加入量，合成了樹枝狀、分級結構、多臂硫化鉛等多種形貌納米結構體。
發明內容
本發明的目的是提供一種短棒狀硫化鉛納米結構材料及其制備方法，該方法不僅操作簡單，制備條件溫和，避免了常規制備方法的復雜工藝，并且能夠通過生物大分子對無機晶體成核過程的調控方便地控制PbS晶體的形貌和結構，在PbS晶體生長研究中具有獨特的優勢。本發明的技術方案是短棒狀硫化鉛納米結構材料由DNA分子與硫化鉛分子結合而成，構成短棒狀狀納米結構的硫化鉛的長度為18(T260nm，直徑為4(T70nm。本發明的方法是
直接以生物納米結構DNA為模板制備硫化鉛納米材料，將濃度為f 2mg/mL的DNA溶液與濃度為50mM的硝酸鉛溶液充分混合后，進行水浴加熱到達35-45°C時，加入濃度為O. 4M的硫代乙酰胺溶液，并低速攪拌，加熱至70°C保持5-10min，待冷卻后洗滌、離心取沉淀干燥處理即為DNA為模板的硫化鉛納米結構體。本發明的具體步驟是
(1)將濃度為2mg/mL的DNA水溶液與濃度為50mM的Pb(N03)2水溶液按I: I的比例混合，靜置24h以上；
(2)將混合物置于三口瓶中對其水浴加熱，至35-45°C時滴加(O.3 mL/s)濃度為O. 4M的硫代乙酰胺(TAA)水溶液，與步驟(I沖混合溶液體積比為1:2，并低速攪拌，加熱至70°C保持 5-10min ；
(3)將三口瓶在常溫水浴中冷卻至室溫，所得產物在500(T8000rpm下離心2(T30min ；
(4)將離心所得沉淀分別用去離子水和無水甲醇洗滌兩遍，_45°C冷凍干燥后可得到以DNA為模板的短棒狀及牡丹花狀納米結構體。利用DNA為模板制備短棒狀及牡丹花狀硫化鉛納米結構體的方法在步驟(2)中所用的DNA體系濃度為I 2mg/mL，溶液保存于4°C環境中，使用前需反復混勻，使DNA完全分散于去離子水中。本發明的有益效果是該方法的顯著特征是直接以生物大分子DNA為模板，制備出了形貌較為特殊的短棒狀及牡丹花狀納米結構體。這種仿生礦化方法操作簡單，制備條件溫和，形貌均一，克服了常規制備方法的復雜工藝，并且能夠通過生物分子對無機晶體成核過程的調控，控制PbS晶體的形貌和結構，在PbS晶體生長研究中具有獨特的優勢。為新型硫化鉛納米材料的制備提供了切實可行的思路，為深入研究硫化鉛晶體形貌的調控打下了基礎。
圖I是以DNA為模板的短棒狀硫化鉛納米結構體的SEM 圖2是局部放大的以DNA為模板的短棒狀硫化鉛納米結構體的SHM 圖3是以DNA為模板的短棒狀硫化鉛納米結構體的EDS譜 圖4是以DNA為模板的短棒狀硫化鉛納米結構體的XRD譜圖。
具體實施例方式實施例I :以DNA為模板的短棒狀硫化鉛納米結構體制備方法
將50mL濃度為lmg/mL的DNA水溶液與50mL濃度為50mM的Pb (N03) 2水溶液混合，靜置24h。將混合物置于三口瓶中對其水浴加熱，至40°C時滴加(O. 3 mL/s) 50mL濃度為
O.4M的TAA水溶液，并低速攪拌，加熱至70°C保持5min。將三口瓶在常溫水浴中冷卻至室溫，所得產物在500(T8000rpm下離心2(T30min,將離心所得沉淀分別用去離子水和無水甲醇洗滌兩遍，_45°C冷凍干燥后可得到以DNA為模板的短棒狀納米結構體。
權利要求
1.一種短棒狀硫化鉛納米結構材料，其特征是由DNA分子與硫化鉛分子結合而成，構成短棒狀狀納米結構的硫化鉛的長度為18(T260nm，直徑為4(T70nm。
2.一種短棒狀硫化鉛納米結構材料的制備方法，其方法是直接以生物納米結構DNA為模板制備硫化鉛納米材料，將濃度為lmg/mL的DNA溶液與濃度為50mM的硝酸鉛溶液充分混合后，進行水浴加熱到達35-45°C時，加入濃度為O. 4M的硫代乙酰胺溶液，并低速攪拌，加熱至70°C保持5-10min，待冷卻后洗滌、離心取沉淀干燥處理即為DNA為模板的硫化鉛納米結構體； a、將濃度為lmg/mL的DNA水溶液與濃度為50mM的Pb(N03)2水溶液按I: I的體積比例混合，靜置24h以上； b、將混合物置于三口瓶中對其水浴加熱，至35-45°C時滴加O. 3 mL/s濃度為O. 4M的硫代乙酰胺水溶液，與步驟a中混合溶液體積比為1:2，并低速攪拌，加熱至70°C保持5-10min ； C、將三口瓶在常溫水浴中冷卻至室溫，所得產物在500(T8000rpm下離心2(T30min ；d、將離心所得沉淀分別用去離子水和無水甲醇洗滌兩遍，_45°C冷凍干燥后可得到以DNA為模板的短棒狀及牡丹花狀納米結構體。
3.根據權利要求2所述的一種短棒狀硫化鉛納米結構材料的制備方法，其方法是 利用DNA為模板制備短棒狀硫化鉛納米結構體的方法在步驟b中所用的DNA體系濃度為lmg/mL,溶液保存于4°C環境中，使用前需反復混勻,使DNA完全分散于去離子水中。
全文摘要
一種短棒狀硫化鉛納米結構材料及其制備方法，屬于納米材料技術領域，其方法是直接以生物納米結構DNA為模板制備硫化鉛納米材料，將濃度為1mg/mL的DNA溶液與濃度為50mM的硝酸鉛溶液充分混合后，進行水浴加熱到達35-45℃時，加入濃度為0.4M的硫代乙酰胺溶液，并低速攪拌，加熱至70℃保持5-10min，待冷卻后洗滌、離心取沉淀干燥處理即為DNA為模板的硫化鉛納米結構體。有益效果是直接以生物大分子DNA為模板，這種仿生礦化方法操作簡單，制備條件溫和，形貌均一，并且能夠通過生物分子對無機晶體成核過程的調控，控制PbS晶體的形貌和結構，在PbS晶體生長研究中具有獨特的優勢。
文檔編號B82Y40/00GK102633299SQ20121014729
公開日2012年8月15日 申請日期2010年9月9日 優先權日2010年9月9日
發明者于源華, 何乃彥, 劉振寧, 崔薇, 徐任, 王姝 申請人:長春理工大學