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近年来,随着生物技术的迅猛发展,生物学与材料化学之间相互交融、渗透,利用生物分子控制合成具有特定结构、维度、形貌和尺寸的微纳米材料,逐渐成为研究热点。本论文首次选用实验室最为常见的T4噬菌体及大肠杆菌作为控制模板剂,实现了小尺寸、单分散金属及合金纳米粒子的定位生长及组装以及尺寸均一的短棒状ZnS亚微米粒子的制备,并采用X射线衍射、透射电子显微、光致荧光、循环伏安和超导量子干涉磁测量等测试手段对样品的结构、形貌及其性能进行表征。主要研究内容和结果归纳如下:基于T4噬菌体分子的辅助作用,实现了贵金属纳米粒子Pt、Rh、Pd在T4衣壳上的定位生长及组装。组装的贵金属纳米粒子粒径小、分布范围窄(3~5.5 nm),呈单分散均匀地排布在T4噬菌体衣壳外表面。通过控制贵金属盐溶液浓度、孵化时间和孵化次数等,调控贵金属纳米粒子在T4衣壳上的覆盖率,并实现了尺寸均一的贵金属@T4壳-核结构的制备。循环伏安测试显示组装的贵金属纳米粒子的氢吸附量是不加模板制得的固体贵金属同类物的5~10倍,说明电催化活性显著提高。结合实验现象和络合理论,本论文提出了基于T4组装的贵金属纳米粒子及壳-核结构的形成机理。基于T4噬菌体分子的辅助作用,实现了磁性金属Fe、Co、Ni纳米粒子在T4衣壳上的定位生长及组装,制备了磁性金属@T4壳-核结构纳米粒子。组装的磁性金属纳米粒子均匀地分布在T4噬菌体衣壳外表面,尺寸只有量子级(2~4.5 nm),且完全呈单分散排布。考察了pH值、金属盐溶液浓度、孵化时间以及孵化次数对于磁性金属纳米粒子在T4衣壳上组装的影响。利用超导量子干涉磁测量仪测试样品的磁学性能,结果表明,组装的近量子尺寸的Fe和Co纳米粒子具有明显铁磁性。结合实验现象和静电吸附理论,探讨了基于T4组装的磁性金属纳米粒子及壳-核结构的形成机理。基于T4噬菌体分子的辅助作用,实现了Pt-Pd、Pt-Rh以及Pt-Fe、Pt-Co四种二元合金在T4衣壳上的定位生长及组装。制备的Pt-Pd及Pt-Rh为在T4噬菌体衣壳上组装的金属合金纳米粒子,尺寸介于3~8 nm。制备的Pt-Fe及Pt-Co为以T4噬菌体衣壳为核的金属合金壳结构,壳层厚度约为5~10 nm。循环伏安测试显示,Pt-Pd/T4、Pt-Rh/T4、Pt-Co/T4三种合金催化剂的氢吸附量是不加模板制得的的固体Pt催化剂的3~7倍。磁性能测试显示,制备的Pt-Co/T4为超顺磁性材料,而Pt-Fe/T4壳-核结构物依然呈现出明显的铁磁特性,矫顽力为44.6 Oe。基于大肠杆菌分子的辅助作用,实现了ZnS粒子在大肠杆菌细胞内的控制成核及生长。由于大肠杆菌细胞结构的空间限域效应,制备的ZnS粒子呈现尺寸均一、形貌一致的短棒状结构,尺寸介于亚微米级。光致荧光测试显示该ZnS粒子表面缺陷小,具有不同于块体和纳米级硫化锌材料的荧光性能。