制備金屬還原材料的方法初探

黎霄斐+俞艷文

摘 要：隨著科技的進步和工業的發展，貴金屬納米材料的應用范圍越來越廣泛，尤其是在化工催化領域的應用，具有不可替代的作用。傳統的貴金屬制備主要采用化學和物理方法，但對儀器設備的要求較高，而且使用較多的化學劑制品，容易造成環境污染。對貴金屬的生物還原技術和制備方法進行探索，主要分析微生物還原法和植物還原法。

關鍵詞：貴金屬；還原材料；微生物還原法；植物還原法

中圖分類號：TB383 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.12.055

傳統貴金屬納米制備的物理方法對設備要求較高，而且對納米顆粒的形貌調控能力有限；化學方法雖然靈活多樣，但使用的化學試劑對環境有害，容易引起環境污染。隨著人們生態環保意識的不斷提高，生物制備方法逐漸受到了重視，而且具有物理方法和化學方法無法達到的金屬納米顆粒處理效果，目前已經成為金屬制備還原材料的研究熱點。

1 微生物還原法

1.1 活菌體的利用

活菌體是具有代謝能力的微生物，在金屬的生物吸附研究中發現，微生物在吸附金屬離子的同時可以將金屬離子還原成金屬單質，施氏假單胞菌還原制備Ag納米顆粒開辟了微生物還原法的先例。Ag+殺菌能力強，但有些細菌具有Ag+抗性，施氏假單胞菌就是利用其對Ag+的抗性制備Ag納米顆粒。

Nair等人利用乳酸桿菌進行Ag納米顆粒的還原制備，也獲得了成功。而且由于在還原過程中，Ag納米顆粒不斷生長使其表面積減少，可以降低Ag+對乳酸桿菌的毒害，使其存活下來。此外，藍細菌、地衣芽孢桿菌、摩根氏菌等都可以將Ag+還原成Ag納米顆粒。

研究發現，AuCl4-對細菌的有害作用要低于Ag+，所以目前對AuCl4-的細菌還原研究較多。許多細菌都可以直接將AuCl4-還原成Au納米顆粒。

隨著研究的不斷深入，活菌體在貴金屬納米顆粒還原制備中的應用越來越廣泛，人們逐漸總結出利用活菌體進行貴金屬制備的所需條件和效果。比如利用細菌還原法制備Pd納米顆粒，必須在電子供體存在的條件下進行，可以采用甲酸鹽或H2作為電子供體。

利用活菌體對貴金屬離子進行還原，得到貴金屬納米顆粒的過程主要是微生物的酶催化還原過程，活菌體產生的酶是還原催化劑，通過電子傳遞將電子轉移給金屬離子，實現貴金屬納米顆粒的還原。

1.2 死菌體的利用

死菌體是不具備代謝能力的微生物，國內對應用死菌體進行貴金屬納米顆粒還原制備的研究較多。研究發現，氣單胞菌SH10干粉在堿性條件下能夠將Ag（NH3）2+還原成Ag納米顆粒，而且還原速度快，制備穩定性高，成為Ag納米顆粒還原的新方法。林種玉等人利用巨大芽孢桿菌D01分別嘗試與多種貴金屬離子進行還原反應，發現其對Ag+、AuCl4-、PdCl42-、Rh3+等貴金屬離子都有較好的吸附能力，通過光譜分析發現，生物吸附過程是其吸附貴金屬離子的主要過程。

利用死菌體進行貴金屬納米顆粒還原制備是非酶還原過程，不依賴微生物活性，死菌體表面的活性有機官能團能夠吸附、絡合、螯合貴金屬離子，使其還原成金屬納米顆粒。利用死菌體進行貴金屬還原制備，可以保證得到的納米顆粒在菌體表面或菌體外，而且死菌體干燥、易于保存，可以實現定量操作。

2 植物還原法

近年來，植物還原法在貴金屬納米顆粒還原制備中也得到廣泛應用。相比于微生物還原法，植物還原法具有更多優點。植物生物質更容易獲得，而且還原速度快，目前主要采用植物生物質或植物新鮮葉子的煮液進行貴金屬納米顆粒還原。

Gardea·Torresdey等人采用紫花苜蓿生物質進行貴金屬納米顆粒還原的研究，發現紫花苜蓿能在土壤中吸附Ag+和Au3+離子，使其還原成Ag納米顆粒和Au納米顆粒，并通過光譜分析法對其吸附機制進行研究，對修復重金屬污染土壤也有重要意義。目前，人們對植物還原法的應用也比較廣泛，Shankar等人用檸檬香草煮液對AuCl4-進行還原，得到單晶三角Au納米片，比利用大腸桿菌進行還原的產率要高41%.Shankar等人對三角Au納米片形成機制進行研究，發現其主要是通過快速還原、自組裝以及常溫燒結3個過程形成的。國內的相關研究有黃加樂等人用芳樟干粉還原Ag+、AuCl4-，得到Ag、Au納米顆粒，并發現可以通過控制芳樟干粉用量對納米顆粒進行調控。此外，還有林麗芹等人用臘腸樹葉煮液還原Ag+，楊欣等人用梔子還原Pd2+等。

隨著國內外研究的不斷深入，植物還原法在貴金屬還原制備中的應用越來越廣泛，并且取得了長足進步。但從目前的研究情況來看，普遍還處于實驗室內的研究階段，而且對植物生物質特性及納米顆粒形貌控制的研究還不夠深入。有學者研究發現，側柏等39種植物生物質都能夠用于Ag和Au的納米顆粒還原，而且選用的植物不同，得到的納米顆粒形貌也不同。實際中，可以根據需要的貴金屬納米顆粒形貌要求，選擇合適的還原方法，實現對形貌的控制。此外，對于植物還原法的反應器和流程設計，也有待深入研究。黃家樂等人在對Ag納米顆粒采用芳樟葉浸出液還原的過程中發現，反應器的材質、溫度等都對其制備過程有重要影響，這為相關研究指明了方向。

3 結束語

總而言之，隨著貴金屬納米材料的應用越來越廣泛，貴金屬納米顆粒的還原制備方法也呈多元化發展趨勢，尤其是微生物法和植物法等新的還原方法的應用，將極大地提高貴金屬的制備效率。

參考文獻

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〔編輯：劉曉芳〕

文章編號：2095-6835（2017）12-0056-01