实验所用氯金酸购自百灵威科技有限公司(纯度99.9%,Au49%最低),硝酸银和4-硝基苯酚购自国药集团化学试剂有限公司。其余使用的药品均为分析纯及以上。
HAuCl4溶液:称取1gHAuCl4溶于超纯水中,定容至50mL,得到浓度为50mmol/L的HAuCl4溶液,4℃条件下避光保存备用。
AgNO3溶液:称取0.1699gAgNO3溶于超纯水中,定容至10mL,得到浓度为100mmol/L的AgNO3溶液,4℃条件下避光保存备用。
4-硝基苯酚溶液:称取0.0028g4-硝基苯酚溶于10mL去离子水中,配制浓度为2mmol/L的溶液,于4℃冰箱内保存备用。
NaBH4溶液:称取0.1892gNaBH4溶于10mL去离子水中,得到浓度为50mmol/L的溶液,现配现用。
Mariannaeasp.HJ采用改良马丁培养基(MMB)培养,培养基主要成分包括:(NH4)2SO41.0g/L,KH2PO41.0g/L,MgSO4·7H2O0.5g/L,葡萄糖1.0g/L,pH7.0,培养基于115℃、15min灭菌后使用。接菌量为1%,接菌后的培养基于30℃、150r/min恒温摇床中振荡培养。
收集培养24h的菌株HJ进行实验,用定性滤纸过滤菌体,超纯水冲洗数次以去除残余培养基组分。称取适量清洗后的菌体,加入适量磷酸盐缓冲溶液(PBS,50mmol/L,pH7.0)重悬,利用超声破碎仪(UltrasonicProcessorCPX750,美国)破碎40min。将破碎后得到的混合液于10000r/min、4℃条件下离心10min,取上清液过膜3次后(0.45μm,水膜),得到菌株HJ的细胞提取物。
利用考马斯亮蓝法测定提取物中的蛋白浓度,并用PBS溶液调节蛋白浓度为300mg/L。取5mL细胞提取物于10mL小管中,加入HAuCl4与AgNO3溶液,将小管密封后置于30℃、150r/min摇床中避光反应。Au:Ag浓度分别为0.5:0.5、0.5:1.0、0.5:1.5、0.5:2.0、0.5:3.0,以及不加入HAuCl4与AgNO3的细胞提取物作为空白对照。
紫外-可见分光光度计:将合成的纳米金银合金用紫外-可见光分光光度计(UV-vis,JASCOV-560,日本)在250–500nm波长范围进行全波长扫描,扫描间隔1nm。
透射电子显微镜:取适量纳米金银合金溶液于10000r/min条件下离心5min,弃上清,沉淀用去离子水清洗3遍以去除游离蛋白,将得到的样品于80℃下干燥24h备用。另取菌株HJ破碎后的提取物于80℃下干燥24h作为对照。最后将样品进行透射电子显微镜(TEM,TecnaiG220S-Twin型,美国FEI公司)表征分析。
傅立叶红外光谱仪:将干燥后的纳米金银合金和提取物分别与溴化钾混合,于玛瑙研钵中充分混合研磨,将研磨好的粉末压片,在室温下用傅立叶红外光谱仪(FTIR,ShimadzuIRPrestige-21,日本岛津公司)400–4000cm–1范围内测量其吸收光谱,扫描速度为5kHz。
X射线衍射光谱:使用X-射线衍射仪(XRD,DMAX-2000,Rigaku公司)进行纳米金银合金样品的物相分析,射线源为Cu-Kα辐射(λ=1.5418),Ni滤液,石墨单色器,管电流40–60mA,管电压40kV。在测样前把催化剂样品研磨成粉末状,然后固定在载玻片上测定,扫描速率为4°/min。
利用4-硝基苯酚的催化还原反应考察合成的纳米金银合金催化特性。取100μL的4-硝基苯酚溶液(2mmol/L)与400μL的NaBH4溶液(50mmol/L)混合。由TEM图分析可知,当加入金银离子比例为0.5:1.5时,合成的纳米金银合金平均粒径最小,相对表面积大,表面共振等离子体效应强,据文献报道纳米粒子粒径越小催化性能越强,故我们选择加入金银离子比例为0.5:1.5合成的纳米金银合金催化降解4-硝基苯酚。加入10μL纳米金银合金溶液,最后用超纯水调节反应体系总体积为2mL。使用紫外可见分光光度计监测这一反应过程,于250–500nm处定时连续全波扫描,扫描间隔1nm。
本研究利用菌株Mariannaeasp.HJ胞内提取物合成纳米金银合金,采用UV-vis、TEM、XRD、FTIR等方法对纳米金银合金的特性进行表征,最后考察了纳米合金对4-硝基苯酚催化还原能力,得出如下结论:1)菌株HJ胞内提取物能够合成纳米金银合金,反应体系中金银离子比例不同会对纳米金银合金的组成产生一定影响,银离子比例越大,合金中纳米银所占比例也越大。2)在本实验中合成的纳米金银合金主要为球形和伪球形,晶型为面心立方结构。通过FTIR分析,推测菌株HJ的胞内提取物中含-OH、-NH3、-COOH等官能团的物质,在其合成过程中起到重要作用。3)本实验合成的纳米金银合金对4-硝基苯酚具有良好的催化还原活性,其催化速率常数为7.85×10–3s–1,通过比较可知在相同条件下菌株HJ合成的纳米金银合金的催化性能优于单金属的纳米金颗粒。
本文利用绿色低毒的生物法成功制备了纳米金银合金,为绿色合成贵金属以及合金纳米材料的发展提供了一定的参考。同时我们发现纳米金银合金对4-硝基苯酚还原的催化能力相较于单金属的纳米金及纳米银颗粒更好,对污水中难降解有机污染物的高效处理开辟了新的思路和方向。