胰岛素纤维上形成钯纳米线的AFM形貌图
钯金属纳米线因具有优异的电学和化学催化性质而备受关注. 目前, 利用化学方法已经发展了许多制备纳米线的方法, 其中以生物大分子为模板通过“自下而上”自组装的方法来合成纳米线被认为是一种低成本、高效率的途径, 譬如以DNA分子、M13噬菌体、烟草花叶病毒等为模板, 人们已合成了多种性能优异的包括纳米线在内的多种纳米结构. 这些生物模板具有特定的空间结构, 并与某些贵金属离子和纳米颗粒具有很强的亲和力, 而且又具有环境友好等优势, 因此生物模板法合成纳米结构引起研究者很大的兴趣.
近年来利用生物模板法制备金属纳米线的发展很迅速, 尤其以DNA为模板的金属纳米线的制备有很多报道, 如Geng等人利用DNA分子和金属离子的共混实现了DNA的金属化, 并尝试通过加入镁离子来改变DNA金属化的程度. 但是DNA分子相对比较脆弱, 在溶液中容易断裂, 如Liu等人曾经将DNA分子和氯化钯溶液混合培养一段时间后滴加在衬底上, 但是原子力显微镜观察不到金属化的DNA链. 因此在基于DNA分子模板法合成纳米线时,很多情况下是预先将DNA分子固定在衬底表面然后再进行金属化, 这样就极大地限制了其在固体电子学中的应用. 研究表明,淀粉样蛋白纤维具有较强的拉伸强度, Guo等人曾报道胰岛素纤维拉伸模量可与钢丝的拉伸模量相比拟, 达到3.3 GPa. 最近,Leroux等人利用这种高拉伸强度的胰岛素纤维为模板来合成银纳米线, 而且这种纳米结构具有较好的导电特性. 尽管用蛋白纤维为模板合成金属纳米线已有不少报道, 但是所合成纳米线尺寸的可控性还不是很理想.
宁波大学物理系周星飞等人首先把胰岛素多肽在70℃下培养25 h得到胰岛素纤维, 然后通过经水解的氯化钯溶液和胰岛素纤维按一定比例混合获得氧化钯纳米线, 并通过调节氯化钯溶液的水解温度,得到了2种尺寸的氧化钯纳米线, 原子力显微镜测量结果表明纳米线的平均直径分别为7.5和20.1 nm. 最后, 样品在氢气环境下加热至600℃并保持2 h后自然冷却, 对氧化钯进行还原得到钯金属纳米线. 另外, 还利用X射线光电子能谱对钯金属纳米线的化学组分进行了表征.