模板法制备纳米材料

２ 有 机 化 合 物 模 板
２．１ 高 分 子 有 机 化 合 物 以高聚物为基础的合成材料如各 种塑 料、合 成 纤 维 等 都
是高分子有机化合物，利用这些特定形貌或有结 构 向 导 作 用 的高分子有 机 化 合 物 为 模 板 可 合 成 不 同 形 貌 的 纳 米 材 料。 Ｈｉ Ｇｙｕ Ｍｏｏｎ等 利 ［２３］ 用 聚 苯 乙 烯 作 为 模 板 制 备 出 空 心 半 球 ＴｉＯ２。Ｄａｅｈａ Ｓｅｏ等 利 ［２４］ 用聚 乙 烯 吡 咯 烷 酮 ＰＶＰ 作 模 板 来 合成多面体 Ａｕ纳米颗粒。Ｆｅｎ Ｚｈａｎｇ［２５］使 用 聚 碳 酸 脂 膜 为 模板合 成 了 过 渡 金 属 硫 化 物 半 导 体 纳 米 线。Ｘｉａｏｙｉｎｇ Ｑｉ 等 利 ［２６］ 用 树 状 聚 苯 为 模 板 制 备 出 米 状 ＣｕＯ。Ｂ．Ｒｅｚａｅｉ 等 利 ［２７］ 用 聚 乙 二 醇 ４００（ＰＥＧ４００）为 模 板 合 成 了 树 干 为 １００～２００ｎｍ 的树状 Ａｇ纳米颗粒。 ２．２ 液 晶
１．２ 蛋 白 质 整个生物界中已知存在的蛋白质总数逾百万种。这类
物质含有丰富的 羟 基、氨 基 等 功 能 基 团，具 有 很 强 的 识 别 作 用和良好 的 骨 架 结 构，是 一 种 性 能 良 好 的 生 物 模 板。Ｓｉｌｋｅ Ｂｅｈｒｅｎｓ等 利 ［６］ 用 环 状 微 管 蛋 白 为 模 板 合 成 了 Ａｇ 纳 米 环。 Ｙｕｈｕａ Ｓｈｅｎ等 利 ［７］ 用小分子 半 胱 氨 酸 作 还 原 剂 和 模 板 控 制 合成 球 形 纳 米 Ｓｅ。Ｈｙｕｎｂｉｎ Ｋｉｍ 等 利 ［８］ 用 去 铁 铁 蛋 白 为 模 板将 ＴｉＯ２ 沉积在其 外 表 面 和 孔 洞 内 部，形 成 了 空 心 球 形 纳 米颗粒或壳／核结 构 的 纳 米 颗 粒。Ｌｙｕｄｍｉｌａ Ｔｕｒｙａｎｓｋａ等［９］ 利用从马脾中获得的储存铁铁蛋白为模板合成了近乎球形 的量子点 ＡＦｔ－ＰｂＳ 混 合 物。Ｃｒａｉｇ Ｃ．Ｊｏｌｌｅｙ 等 利 ［１０］ 用 铁 蛋
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材料导报
２０１１ 年 １１ 月Ｍｎ３Ｏ４、ＣｏＰｔ和 ＦｅＰｔ纳米颗粒。 １．３ 矿 物 骨 架
一些矿物组织中的天然结构可直 接用 作 模 板，如 鸡 蛋 壳 膜的有机网络结构等。Ｊｉｎｋｕ Ｌｉｕ 等 利 ［１１］ 用 鸡 蛋 壳 膜 仿 生 合 成了具有不同形貌的 ＢａＷＯ４ 晶体。鸡 蛋 壳 膜 中 含 有 胶 原 蛋 白、糖蛋白类 和 蛋 白 聚 糖，后 两 者 含 有 亲 水 离 子 和 亲 水 域。 亲水离子吸附 钡 离 子 提 供 了 适 合 的 成 核 活 性 位 长 成 了 Ｂａ－ ＷＯ４ 结晶。在仿 生 合 成 中 加 入 不 同 的 添 加 剂 对 ＢａＷＯ４ 结 晶的形貌也有一定的影响。Ｑｕｎ Ｄｏｎｇ等 利 ［１２］ 用鸡蛋壳膜合 成了有层次的纳米管状结构 ＳｎＯ２。 １．４ 植 物 体
关键词 模板法 生物材料模板 有机化合物模板 无机化合物模板 纳米材料 中 图 分 类 号 ：ＴＢ３８３ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｅｍｐｌｏｙｉｎｇ Ｔｅｍｐｌａｔｅ Ｍｅｔｈｏｄ
ＬＩ Ｊｉｎｇ，ＬＩ Ｌｉｊｕｎ，ＧＡＯ Ｙａｎｆａｎｇ，ＬＩＵ Ｊｉｎｒｏｎｇ
以液晶为模板制备纳米材料是近年来发展起来的新方
法，具有以下几方面的 优 势［２８］：（１）液 晶 界 面 为 刚 性 界 面，层 与层之间为纳米 级 空 间 可 控 制 生 成 粒 子 的 粒 径；（２）液 晶 相 较大的黏度有利 于 合 成 单 分 散 性 的 粒 子；（３）液 晶 相 随 表 面 活性剂浓度易调 节 为 不 同 的 形 状；（４）液 晶 模 板 在 合 成 过 程 中相 当 稳 定，在 一 定 温 度 下 灼 烧 即 可 除 去。Ｌｕｙａｎ Ｗａｎｇ 等 使 ［２９］ 用六角或 者 片 状 Ｐ１２３（ＥＯ２０ＰＯ７０ＥＯ２０）液 晶 相 为 模 板 合成了 单 晶 Ａｕ 纳 米 盘。Ｓｅｊｉｎ Ｐａｒｋ 等 利 ［３０］ 用 ＴＸ－１００ 的 六 角溶 致 液 晶 为 模 板 合 成 了 三 维 纳 米 孔 Ｐｔ薄 膜。Ｙａｎ Ｚｈｕ 等 使 ［３１］ 用聚氧乙 烯 山 梨 醇 单 棕 榈 酸 酯 （Ｔｗｅｅｎ４０）和 樟 脑 磺 酸（ＣＳＡ）为混合溶致液晶模板合成了 Ｍ－Ｂ 纳米管和纳米线。 Ｔｓｕｙｏｓｈｉ Ｋｉｊｉｍａ 等［３２］ 使 用 聚 氧 乙 烯 山 梨 醇 单 油 酸 酯 （Ｔｗｅｅｎ８０）和／无 Ｃ１２ＥＯ９ 的 溶 致 液 晶 为 模 板 合 成 了 纳 米 孔 结构的单晶 Ｐｔ纳米片。Ｙ．Ｆ．Ｙｕａｎ等 使 ［３３］ 用聚氧乙烯十六 烷基醚（Ｂｅｉｊ５６）液晶为模板合成了介孔纳米墙 Ｃｏ３Ｏ４ 薄膜。 ２．３ 有 机 小 分 子 化 合 物
本文综述了生物 材 料 模 板、有 机 化 合 物 模 板、无 机 化 合 物模板制备纳米材料的一些研究进展。
１ 生 物 材 料 模 板
近年来，利用生物组织或者生物大分子 制 备 具 有 不 同 形 貌的金属、有机、无机材料引起了人 们 很 大 的 关 注。目 前，所 涉及到的有 ＤＮＡ、蛋白质、矿物骨架、植物体及微生物等。
（Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｏｈｈｏｔ ０１００５１）
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｏｆ ｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ ｂｙ ｔｅｍｐｌａｔｅ ｉｓ ａ ｖｅｒｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ｈａｓ ｆａｖｏｕｒａｂｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌａ－ ｂｉｌｉｔｙ．Ｓｉｚｅ，ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ，ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｒｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｐａｃｅ ｌｉｍｉｔ ｄｏｍａｉｎ ｃａｐａｃｉｔｙ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ－ｏｒｉｅｎｔｅｄ ｏｆ ｔｅｍｐｌａｔｅ．Ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｒｅｖｉｅｗ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ ｗｉｔｈ ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ａｎｄ ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ａｓ ｔｅｍｐｌａｔｅ ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ．Ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔｅｍｐｌａｔｅ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｂｒｏａｄ ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ．
使用微生物为模板合成纳米材料是利用了微生物细胞 壁上有充足的活性生物分子和官能团能够通过配位或静电 相互作用结合金属离子或极性分子去直接合成或自组装不 同形貌及结构的金属或金属氧化物等无机纳米材料的能力。 Ａｔｕｌ Ｂｈａｒｄｅ等 利 ［１８］ 用细菌合成了 Ｆｅ３Ｏ４ 纳米粒子。Ｓ．Ｂａｌ－ ｃｉ等 利 ［１９］ 用烟草花叶病毒 （ＴＭＶ）为 模 板 在 ＴＭＶ 渠 道 内 合 成了直径为３ｎｍ 的 Ｃｕ纳 米 线。Ｈａｎ Ｚｈｏｕ［２０］利 用 乳 酸 菌 中 的乳杆菌嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌为模板制备出空心 纳米球形 和 纳 米 管 状 的 ＺｎＳ。Ｒｏｙｓｔｏｎ Ｅ．Ｓ．等 利 ［２１］ 用 烟 草 花叶病毒为模板剂制备出直径在１０ｎｍ 以内的银、金、钯和铂 纳米棒。Ｂｒｉａｎ Ｎｅｌｔｎｅｒ等 利 ［２２］ 用 Ｍ１３噬 菌 体 为 模 板 制 备 出 孔径小于４．５ｎｍ 的 Ｒｈ－Ｎｉ＠Ｃｅ多孔纳米线。
＊国家自然科学基金（５０６６７００１）；教育部留学 回 国 人 员 科 研 启 动 金；“西 部 之 光 ”人 才 培 养 计 划 面 上 项 目；内 蒙 古 自 然 科 学 基 金 （２０１０ＭＳ０２１８）；教 育 部 春 晖 计 划 （Ｚ２００９－１－０１０２１） 李 静 ：女 ，硕 士 生 高 艳 芳 ：通 讯 作 者 ，女 ，教 授 Ｅ－ｍａｉｌ：ｙｆ＿ｇａｏ＠ｉｍｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ
１．１ ＤＮＡ ＤＮＡ 分 子 是 生 物 体 系 中 遗 传 信 息 的 携 带 者，具 有 直 径
较小、可人为设计和精确控制 ＤＮＡ 分子的长短、识别能力和 自组装能力很强等特点。这些特点为利用 ＤＮＡ 精确控制纳 米材料合成提供了 前 提 条 件。Ｑｕｎ Ｇｕ 等 利 ［２］ 用 ＤＮＡ 为 模 板制 备 出 Ｎｉ纳 米 簇 长 链。Ｒ．Ｍｏｈａｍｍａｄｚａｄｅｇａｎ 等［３］将 ＤＮＡ 修饰到硅片 上 后 作 为 模 板 合 成 了 Ａｕ 纳 米 线。Ｚｈｉｇｕｏ Ｌｉｕ等 利 ［４］ 用 ＤＮＡ 为 模 板 合 成 了 ＮｉＯ 纳 米 颗 粒。Ｘｉｎ Ｌｉ 等 使 ［５］ 用 ＤＮＡ 为 掺 杂 剂 及 模 板 制 备 了 聚 苯 胺 ＰＡＮＩ－ＤＮＡ 混合物纳米线。
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ ｔｅｍｐｌａｔｅ ｍｅｔｈｏｄ，ｂｉｏｍａｔｅｒｉａｌｓ ｔｅｍｐｌａｔｅｓ，ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｔｅｍｐｌａｔｅｓ，ｉｎｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ｔｅｍｐｌａｔｅｓ，ｎａｎｏｍａｔｅｒｉａｌｓ
０ 引 言
自从１９８４年德国的 Ｇｌｅｉｔｅｒ［１］成功 制 备 出 纳 米 块 状 金 属 晶体铁、钯、铜等以来，对纳米材料的研究逐 渐 成 为 材 料 领 域 的一个热点。 纳 米 材 料 因 其 结 构 上 的 特 性 使 其 在 催 化、医 学、水体处理、光吸收、磁介质及新材料等方 面 具 有 广 阔 的 应 用前景。为了要制备出符合设计要求且具有各种预期特性 的纳米材料，人们 创 造 出 了 各 种 各 样 的 制 备 方 法，如 高 能 球 磨法、气相沉积法、液相沉淀法、水热 法 及 模 板 合 成 法 等。由 于模板法合成纳米材料相比于其他方法有如下显著的优点： （１）模板法合成纳米材料具有相 当的灵 活性、（２）实 验 装 置 简 单，操作条件温和、（３）能 够 精 确 控 制 纳 米 材 料 的 尺 寸、形 貌 和结构、（４）能够防止纳米材料团 聚现 象的 发 生，从 而 引 起 了 广泛的关注。