硅藻納米材料研究進展

劉曉丹,任慶敏,王寅初,秦 松

(中國科學院煙臺海岸帶研究所 海岸帶生物學與生物資源利用重點實驗室，煙臺 264003)

硅藻是一類單細胞光合藻類，外殼由多孔生物礦化硅組成，有著高度有序的層次結構，被認為是活著的納米結構工廠[1]。目前已知存在2×105種硅藻，這些硅藻構成了105～106種三維非晶形二氧化硅外殼[2]，其形態由物種特定的二氧化硅沉積囊泡中二氧化硅催化蛋白質決定[3]。隨著肽序列和改變外殼形態的官能團被破譯，可以定向控制物種特異性多胺基因的遺傳操作。針對特定應用將使硅藻殼空隙的形狀、尺寸、間距和新加入的納米結構進行定制[4]。此外，硅藻可以小批量運輸并從痕量增殖到理想的數量，且處理既不需要昂貴的材料也不需要復雜的儀器，是優良有效的工業原料[5]。因此，硅藻以其豐富的多樣性、復雜微小的結構、低廉的成本和可塑造性成為納米技術的理想材料。目前，對硅藻納米材料的研究已經進入各個領域，如染料敏化太陽能電池元件、生物傳感器、藥物運輸載體、合成金屬納米粒子、電發光元件等。

1 硅藻納米材料的應用

1.1 環保燃料制造裝置

能源利用日趨緊張，用于可再生能源儲存最通用的方法是生產燃料，其中通過水分解的氫(H2)是重要的產物或中間體。與普遍的半導體相比，由于硅的高豐度和低帶隙(1.12 eV)是理想的半導體光電極[6]，而硅藻外殼由于其天然的二氧化硅納米結構成為光電分解水的材料。通常，太陽能水分解涉及用于收獲陽光以氧化和還原水的n型和p型半導體[7]。……