[发明专利]一种利用微生物发酵液还原氧化石墨烯的方法

说明书

本发明提供了一种利用微生物发酵液还原氧化石墨烯的方法，属于材料合成领域；本发明中首先构建了异源表达[FeFe]氢化酶的基因工程大肠杆菌，通过处理获得无菌发酵液，并将其用于氧化石墨烯的还原，实现了在常温常压下氧化石墨烯的生物绿色还原。

技术领域

本发明属于材料合成领域，具体涉及一种利用微生物发酵液还原氧化石墨烯的方法。

背景技术

石墨烯内部的碳原子以 sp²杂化轨道构成了六角型蜂窝式结构，每个碳原子垂直于层平面的 pz轨道可以形成贯穿全层的多原子的大π键（与苯环类似），具有优良的导电、光学和力学性能，在材料学、环境领域、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景。

石墨烯主要的制备方法有：机械剥离法、取向附生法、化学气相沉积法、碳化硅外延法和氧化石墨烯（GO）还原法等。氧化石墨烯还原法的原理是将石墨氧化得到分散的氧化石墨烯溶液，再用还原剂制备还原氧化石墨烯，常用的还原剂有水合肼、二甲基肼、硼氢化钠和醇类、酚类等。尽管化学还原法制备的还原性氧化石墨烯表现出了优良的电化学性能、稳定和出色的理化性质，并且具有产率高和可大批量生产的优势，但其能耗高、反应条件苛刻、而且对环境有污染的问题。因此开发氧化石墨烯的绿色、环保、廉价的还原方法，有十分重要的意义。

目前，许多绿色合成还原性氧化石墨烯的方法被报道。例如研究者以环境友好的Vc作为还原剂合成还原性氧化石墨烯，但高成本限制了其发展应用；或者以天然环保材料的提取物（例如：绿茶提取物）作为还原剂合成还原性氧化石墨烯，但其劣势是原料来源有限及操作复杂；Yong等开发了一种生物还原氧化石墨烯的方法，其原理是利用微生物代谢产生的电子还原氧化石墨烯，反应条件温和、无毒环保，且相对于之前的绿色还原方法操作简单、成本低且来源广泛，但微生物与还原性氧化石墨烯之间紧密相连，产物分离困难。

发明内容

为了克服现有技术中氧化石墨烯还原方法的不足，本发明公开了一种利用微生物发酵液还原氧化石墨烯的方法，首先构建了异源表达 [FeFe]氢化酶（来自于 Clostridium acetobutylicum NBRC 13948）的基因工程大肠杆菌，对得到的基因工程大肠杆菌进行处理，获得无菌发酵液，并将其用于氧化石墨烯的还原，实现了在常温常压下氧化石墨烯的生物绿色还原。

为了解决上述问题，本发明提供了一种利用微生物发酵液还原氧化石墨烯的方法，具体步骤如下：

（1）预先构建异源表达 [FeFe] 氢化酶的基因工程大肠杆菌 E. coli BL21(DE3)；

（2）将上述基因工程大肠杆菌 E. coli BL21(DE3)接种至发酵培养基中，然后向其中加入IPTG诱导表达氢化酶，得到的菌液在恒温震荡箱中厌氧发酵一段时间，得到发酵菌液；

（3）取适量步骤（2）发酵菌液厌氧离心取上清，该上清经0.22 μm水系过滤膜过滤除菌后，获得无菌厌氧发酵液；

（4）在厌氧条件下，取适量步骤（3）得到的发酵液，加入GO水溶液和氢气，恒温振荡培养，使GO转化为rGO。

进一步地，步骤（1）中所述 [FeFe] 氢化酶的基因簇包括HydA、HydE、HydF及HydG。