纳米硫化锰的生物制备、性能表征及其形貌调控.pdf

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1、纳米硫化锰的生物制备、性能表征及其形貌调控刘欣2015年1月中图分类号：TQ028UDC分类号：540纳米硫化锰的生物制备、性能表征及其形貌调控作者姓名刘欣学院名称化工与环境学院指导教师辛宝平教授答辩委员会主席吴锋教授申请学位工学硕士学科专业环境科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月BiosynthesisandCharacterizationofHighPurityγ-MnSNanoparticlesCandidateName：LiuXinSchoolorDepartment:ChemicalandEnvironmentFacultyMentor:Pro

2、f.XinBaopingChair,ThesisCommittee：Prof.WuFengDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：EnvironmentEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January,2015北京理工大学硕士学位论文摘要硫化锰（MnS）是一种具有反铁磁性的金属硫化物，并且是具有较宽禁带宽度的半导体材料，在短波长磁光性纳米器件、稀磁材料、光化学材料等领域有重要应用。CdS，ZnS，As2S3等金属硫化物已经成功实现生物制备，然而针

3、对MnS的微生物合成方法尚未见报道。这是由于CdS，ZnS，As2S3具有极低的溶度积常数，在溶液中很容易生成沉淀；而MnS的Mn2+溶度积高于对应的磷酸盐和氢氧化物，溶液中的PO3--2-2+4和OH很容易与S争夺Mn，形成Mn3(PO4)2和Mn(OH)2杂质，降低反应产物的纯度。本研究选育出了一种新型高效硫酸盐还原菌Clostridiaceaesp.，并且通过两种途径实现高纯度MnS的生物制备：第一，严格控制培养基的PO3-4浓度和pH值，从而阻止Mn3(PO4)2和Mn(OH)2的生成，获得边长2~3μm、厚度200~300nm的六边形MnS颗粒；第二，通过以Mn2+与

4、铬黑T的络合物作为锰源，利用空间位阻效应阻止PO3--2+4和OH对Mn的进攻，从而在高磷酸根浓度和pH下通过选择性沉淀获得高纯度棱台状MnS颗粒。本实验对生物制备所得MnS材料的光学性能和磁学性能进行了表征。关键词生物制备纳米硫化锰Clostridiaceaesp.绿色化学无机纳米颗粒I北京理工大学硕士学位论文AbstractMnSisap-typesemiconductorwithbothantiferromagnetismandwidebandgap,endowingitpotentialapplicationsforshortwavelengthoptoelectron

5、icdevices,solarcellsandluminescentmaterials.DespitesuccessfulbiosynthesisofnanoCdS,PbSandZnSwithextremelylowsolubilityproduct,therehavebeennoreportsavailableonbiosynthesisofnanoMnSsofarbecausebothPO3--2+4andOHnegativelydisturbreactionbetweenMnandS2-throughformingMn3(PO4)2andMn(OH)2asundesira

6、bleimpurities.Inthiswork,high-purityMnSnanocrystalsweresynthesizedinpresenceofnewlyisolatedClostridiaceaesp.throughtwomethods:Firstly,achievinghighpurityMnSthroughstrictlycontrollingpHvalueandPO3-4doseforthefirsttime.Theresultsshowedthathexagonalshapedγ-MnSwithadiameterof2~3μmandathicknessof

7、200~300nmwasobtainedbybiosynthesisat0.014g/LPO3-doseandpH5.8.Theγ-MnShadan4obviousabsorptionpeakat325nmandanemissionpeakat435nmaswellasparamagneticpropertywithacoercivityof52.91Oeandaretentivityof4.37×10-3emu/gatambienttemperature.Secondly,γ-MnSwas