[发明专利]一种制备p-铁素体修饰n-赤铁矿异质结构的生物方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用腐败希瓦氏菌MR-1制备p-铁素体修饰n-赤铁矿异质结构的生物方法，属于无机材料领域。

背景技术

n型半导体赤铁矿(Fe₂O₃；带隙：2eV)是在催化剂的领域中的一个重要的半导体材料，它已被应用于光电材料、光催化和磁存储介质。然而，载流子迁移率差(0.2cm²·V^-1·s^-1)和光生载流子的超快重组(～10ps)等缺陷限制了其大规模推广。目前研究表面设计和制备可控的Fe₂O₃基异质结构可显著提高光生电子和空穴的效率，并出现原组分物理混合所不具备的新属性。例如，采用Fe₂O₃与p型尖晶石铁氧体(带隙：1.9～2.7eV)共轭形成p-n结构。磁性纳米晶体的掺入不仅可以提高光催化效率，而且可以在温和的磁场回收的催化剂通过磁分离，这是光催化应用非常有吸引力的。2008年，Pailhe'等报道了锌掺杂铁氧体的特殊磁性和光致发光特性。继而，Lee、Sutka、Klimkiewicz等课题组相继采用喷雾热解沉积、一步化学合成和液相热合成等手段制备了p型铁素体-n型赤铁矿异质结构，并报道了原组分所不具有的磁性、表面光电压、空心结构等新参数。因此，p-n型陶瓷被认为是探索富含铁的氧化物的各种纳米结构的新型复合材料，这将促进应用程序集成的材料的多种功能的光电特性。

传统的物理或化学方法都难以避免因高温退火的表面缺陷，因此，新的研究集中于制备与生物合成所述的纳米材料。最近，研究人员使用不同的微生物研究了纳米级尖晶石的合成工作，具体反应过程如下：乳酸(Lactate^-)+4Fe³⁺+2H₂O→1，1-二乙氧基乙烷(acetat^-)+HCO^-+4Fe²⁺+5H⁺；A²⁺+2Fe(OH)₃→AFe₂O₄+2H₂O+2H⁺(A＝Fe、Mg、Zn、Mn、Ni、Ca等)。

发明内容

本发明目的在于，提供一种制备p-铁素体修饰n-赤铁矿异质结构的生物方法，该方法通过生物合成技术开发了p-n结与欧姆层的p型铁素体-n型赤铁矿异质结构，分两步进行，第一步：胶溶回流技术制备粒度约50nm的A-Zn(A＝Mg、Mn或Ni)修饰针铁矿(FeOOH)粉体；第二步：室温厌氧条件下培养腐败希瓦氏菌MR-1还原部分三价铁，得到(A-Zn)Fe₂O₄-Fe₂O₃异质结。该方法与现有技术相比：具有工艺简单、污染小、耗能低、易于放大、回收率高等优点。通过该方法获得的(A-Zn)Fe₂O₄-Fe₂O₃异质结表面缺陷低、团聚少、粒度均匀，同时具备较好的光热磁特性。

本发明所述的一种制备p-铁素体修饰n-赤铁矿异质结构的生物方法，该方法利用腐败希瓦氏菌MR-1制备p-铁素体修饰n-赤铁矿异质结构，具体操作按下列步骤进行：

a、将原料MgCl₂、MnCl₂或NiCl₂与ZnCl₂和FeCl₃·6H₂O按摩尔比Mg²⁺、Mn²⁺或Ni²⁺∶Zn²⁺∶Fe³⁺＝0.5∶0.5∶2加入pH值为2的硝酸水溶液中，在温度85℃回流2小时，静置，真空温度50℃干燥20小时，得到Mg²⁺、Mn²⁺或Ni²⁺，和Zn²⁺修饰的FeOOH粉体；