大肠杆菌鞭毛为模板制备氧化铁用于增强光电催化产氢活性的方法技术

本申请公开了一种以大肠杆菌鞭毛为模板制备Fe

【技术实现步骤摘要】
大肠杆菌鞭毛为模板制备氧化铁用于增强光电催化产氢活性的方法
本专利属于光电催化领域，具体涉及一种以大肠杆菌鞭毛为模板制备Fe2O3用于增强光电催化产氢活性的方法。
技术介绍
随着社会的发展人们对能源的需求越来越多，同时化石能源带来的污染越来越严重，因此急需开发一种新型清洁能源来解决当前的能源问题。利用太阳能光电催化制取氢气清洁能源被认为是最有前景的途径之一。氧化铁（Fe2O3）由于禁带宽度窄，储量丰富以及绿色无污染的优点成为使用广泛的光电催化剂。然而氧化铁对太阳光的吸收率较低，与溶液界面传输阻力较大等缺点导致并不能直接用于光电催化制取氢气。Fe2O3作为光电催化剂存在光生电子与空穴复合问题。
技术实现思路
为解决现有技术中Fe2O3作为光电催化剂存在光生电子与空穴复合严重的技术问题，本专利技术提供一种以大肠杆菌鞭毛为模板制备Fe2O3/大肠杆菌鞭毛/Ni(OH)2薄膜以减小其光生电子与空穴复合，增强Fe2O3作为光电催化剂的光电产氢活性方法。为实现上述目的，本专利技术公开了如下技术方案：步骤1，制取LB培养基,用NaOH、HCl溶液调节LB培养基的pH为6～8，然后过滤灭菌后冷却至室温；将大肠杆菌的菌液接种于所述LB培养基，并于恒温振荡培养箱中26℃~28℃、121r/min的条件下培养24~36h，然后于离心机中4000r/min离心15min弃掉上清液，得大肠杆菌；将制备的大肠杆菌加入pH为6～8的PBS缓冲液分散后于离心机中先按照4000~8000r/min速度离心若干次，每次离心10min，每次离心后弃掉上清液即得大肠杆菌，然后再次加入所述PBS缓冲液分散、离心，经过若干次离心以除去杂质；最后，将弃掉上清液所得的大肠杆菌加灭菌后的蒸馏水涡旋分散，然后于离心机中按照9000~10000r/min速度离心15min，取上清液即得浓度不低于5*1010个/ml的鞭毛溶液。步骤2，将两片分别用作阴阳两极的金属钛箔薄片间隔的浸入以无水乙醇为溶剂的Fe(NO3)3·9H2O溶液中，使用直流电源在恒电流模式进行电化学沉积，然后取所述阴极金属钛箔薄片冲洗晾干后置于马弗炉中500℃恒温焙烧4h，自然冷却至室温得氧化铁薄膜；步骤3，在步骤2制备的氧化铁薄膜表面均匀刮涂步骤1制备的鞭毛溶液后，即得α-Fe2O3/大肠杆菌鞭毛薄膜；然后，将晾干后的所述α-Fe2O3/大肠杆菌鞭毛薄膜浸入浓度为0.01~1mol/L硝酸镍沉积液中电沉积5~100s氢氧化镍，电沉积结束后将其置入于烘箱中100℃条件下烘干1h后，即得α-Fe2O3/大肠杆菌/Ni(OH)2薄膜。作为本专利技术的一种优选技术方案，步骤(3)中所述的大肠杆菌鞭毛刮涂量为2.5*108~15*108个/cm2的数量级，该大肠杆菌鞭毛为浓缩后鞭毛。作为本专利技术的一种优选技术方案，步骤1中大肠杆菌鞭毛的获取需离心至少5次才能达到较好的去除杂质效果，且得到的鞭毛溶液需冷冻干燥十二小时。具体步骤为，将离心后的大肠杆菌加入pH为6～8的PBS缓冲液分散，然后于离心机中以4000r/min离心10min从而去除杂质，上述步骤重复5次；然后将弃掉上清液所得的大肠杆菌再次加入所述PBS缓冲溶液分散，然后于离心机中以8000r/min离心10min从而去除杂质，然后将弃掉上清液所得的大肠杆菌加灭菌后的蒸馏水涡旋分散，然后于离心机中以9000~10000r/min离心15min去除残留的所述PBS缓冲液，取上清液即得浓度不低于5*1010个/ml的鞭毛溶液，然后将得到的鞭毛溶液冷冻干燥十二小时。作为本专利技术的一种优选技术方案，步骤(2)中铁(III)的浓度分布从0.0062到0.008mol/L。作为本专利技术的一种优选技术方案，步骤(2)中所述的氧化铁在马弗炉内以17℃/min的速度升温至500℃，并在该温度下反应4h。作为本专利技术的一种优选技术方案，步骤（3）中所述的Fe2O3/大肠杆菌鞭毛/Ni(OH)2薄膜的制备过程中所用硝酸镍溶液为0.01mol/L，电沉积时间为15~75s。作为本专利技术的一种优选技术方案，步骤(2)中所述的九水合硝酸铁和乙醇溶剂搅拌时间不超过1min。本专利技术公开的一种以大肠杆菌鞭毛为生物模板制备Fe2O3/大肠杆菌鞭毛/Ni(OH)2薄膜增强其光电产氢活性的方法可显著提高Fe2O3的光电产氢活性，减少其光生电子和空穴的复合。本专利技术的方法整个合成过程简单方便，易于操作，具有广泛的推广应用价值，可为规模化工业化产氢提供基础。本专利技术的原理在于纯化后的大肠杆菌鞭毛生物模板包括其纳米结构以及其表面丰富的氨基羧基等官能团。大肠杆菌是典型的革兰氏阴性菌，大小约为1~3微米，周身鞭毛，鞭毛呈长丝状，长约15~20微米，直径0.01~0.02微米，由鞭毛蛋白组成。鞭毛表面含有丰富的氨基羧基官能团，能够与金属离子进行配位，鞭毛可自组装成螺旋或管状结构，并且在较高的温度以及较宽的PH范围内保持不变，具有较好的结构稳定性，因此大肠杆菌鞭毛能够作为生物模板。附图说明图1为制备的Fe2O3/大肠杆菌鞭毛/Ni(OH)2薄膜的扫描电子显微镜图片；图2为制备的Fe2O3/大肠杆菌鞭毛/Ni(OH)2薄膜的粉末X射线衍射图；图3为制备的Fe2O3/大肠杆菌鞭毛/Ni(OH)2薄膜的循环伏安曲线；图4为制备的Fe2O3/大肠杆菌鞭毛/Ni(OH)2薄膜的斩光计时电流曲线；图5为制备的Fe2O3/大肠杆菌鞭毛/Ni(OH)2薄膜的电化学阻抗谱。具体实施方式下面结合附图和实施案例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施案例仅仅用于解释相关专利技术，而非对该专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与专利技术相关的部分。具体实施案例：一种以大肠杆菌鞭毛为生物模板制备Fe2O3纳米粒子的方法。本例所用实验药品为：九水硝酸铁（分析纯），购于上海国药集团化学试剂有限公司；硝酸镍（分析纯），购于上海国药集团化学试剂有限公司；无水乙醇，购于天津永大化学试剂有限公司；本例具体步骤如下，表1.PBS缓冲溶液的成分组成表2.LB培养基成分组成（1）大肠杆菌的培养：LB培养基的配置如表2的LB培养基成分组成所示，准确称量定量的蛋白胨、酵母膏、NaCl，分别置于1000mL烧杯中，放入少量超纯水，加热溶解，之后将剩余超纯水加入。测量所制取的溶液pH值，用0.5M的NaOH、HCl溶液调节至溶液pH为7.2～7.4。采用多层纱布趁热过滤，除去不溶性杂质。将滤液使用500mL锥形瓶分装，每瓶溶液少于锥形瓶容积的1/2。用橡胶塞塞紧瓶口，瓶口用报纸包扎（防止水蒸汽冷凝将污染橡胶塞）。将包装好的锥形瓶置于高压蒸汽灭菌锅内，在0.1MPa，121℃，条件下灭菌30min。超净工作台采用紫外灯灭菌1h，将高压蒸汽灭菌后的溶液放入超净工作台，冷却至室温，得LB培养基。大肠杆菌的培养及其鞭毛的制取在灭完菌的超净工作台中接种大肠杆菌的菌液，轻轻震荡锥形瓶，使菌液分散均匀，然后于恒温振荡培养箱中28℃，121r/min的条件下培养24h。离心：于离心杯中将培养完毕的大肠杆菌菌液置于离心机上离心，转速4000r/min，时间15min。大肠杆菌的纯化和鞭毛的制取：如表1所述PBS缓冲溶液的成分组成制备pH为7.2~本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以大肠杆菌为模板制备Fe

【技术特征摘要】
1.一种以大肠杆菌为模板制备Fe2O3纳米粒子的方法，其特征在于包括以下步骤，步骤（1），选取LB培养基，然后用NaOH、HCl溶液调节所述LB培养基的pH为6～8，过滤灭菌后冷却至室温；将大肠杆菌的菌液接种于所述LB培养基，并于恒温振荡培养箱中26℃~28℃、121r/min的条件下培养24~36h，然后于离心机中4000r/min离心15min弃掉上清液，得大肠杆菌；将制备的大肠杆菌加入pH为6～8的PBS缓冲液分散后于离心机中先按照4000~8000r/min速度离心若干次，每次离心10min，每次离心后弃掉上清液即得大肠杆菌，然后再次加入所述PBS缓冲液分散、离心，经过若干次离心后去除杂质；最后，将弃掉上清液所得的大肠杆菌加蒸馏水涡旋分散，然后于离心机中按照9000~10000r/min速度离心15min去除残留的所述PBS缓冲液，取上清液即得浓度不低于5*1010个/ml的鞭毛溶液；步骤（2），将两片分别用作阴阳两极的金属钛箔薄片间隔的浸入以无水乙醇为溶剂的Fe(NO3)3·9H2O溶液中，使用直流电源在恒电流模式进行电化学沉积，然后取所述阴极金属钛箔薄片冲洗晾干后置于马弗炉中500℃恒温焙烧4h，自然冷却至室温得氧化铁薄膜；步骤（3），在步骤2制备的氧化铁薄膜表面均匀刮涂步骤1制备的鞭毛溶液后，即得α-Fe2O3/大肠杆菌薄膜；然后，将晾干后的所述α-Fe2O3/大肠杆菌薄膜浸入硝酸镍沉积液中电沉积氢氧化镍，电沉积结束后将其置入于烘箱中100℃条件下烘干1h后，即得α-Fe2O3/大...

【专利技术属性】
技术研发人员：何涛，王海花，
申请(专利权)人：烟台大学，
类型：发明
国别省市：山东,37