[发明专利]一种可见光响应的氧化亚铜/ZIF-8异质结光催化抗菌材料的制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种可见光催化抗菌材料氧化亚铜/ZIF‑8异质结的制备方法与应用，以ZIF‑8为基底，通过加入铜盐、表面活性剂、氢氧化钠和还原剂等在ZIF‑8表面原位负载Cu₂O，构建了Cu₂O包覆ZIF‑8的Cu₂O/ZIF‑8异质结光催化抗菌材料。Cu₂O/ZIF‑8异质结的构建一方面稳定了ZIF‑8和Cu₂O的结构，另一方面在室内可见光激发下，通过异质结界面电子迁移，促进ROS的产生，使细菌等微生物快速死亡。抗菌测试表明在光强较弱的日光灯(荧光灯，13W)下，低浓度的Cu₂O/ZIF‑8异质结(5μg mL^‑1)15min对大肠杆菌的杀菌率能够达到99％以上。

技术领域

本发明属于光催化抗菌材料领域，具体涉及一种可见光催化抗菌材料氧化亚铜/ZIF-8异质结的制备方法与应用。

背景技术

空气中细菌、真菌、病毒等微生物能引起各种疾病，如各种呼吸道传染病、哮喘等，目前已成为威胁公众健康的最严重问题之一。常规的空气消毒技术，包括化学喷雾灭活和紫外线照射灭活，都存在一些突出的问题，限制了它们的进一步发展和实际应用。光催化技术通过在光照下在催化剂表面产生强氧化性的活性氧物种(ROS)，如羟基自由基(·OH)、超氧自由基(·O₂^-)、单线态氧(¹O₂)和过氧化氢(H₂O₂)，破坏细菌和病毒等微生物的细胞结构，或通过氧化应激反应致其死亡，具有能耗低、抗菌效率高、不产生耐药性和致癌副产物等优点，在细菌病毒等微生物杀灭领域具有广阔的应用前景。

ZIF-8作为最有前途的金属有机框架材料(MOFs)之一，具有比表面积大、孔隙率高、尺寸可控、结构功能可调、活性中心分散良好、吸附能力强、安全无毒等优点，近年来已成为抗菌研究的热点。

CN 110157085 A通过超声合成法快速制备出由两种具有抗菌活性的物质配位生成的ZIF-8，对其的表面改性，并利用季铵盐的抗静电作用防止ZIF-8颗粒团聚，兼做辅助抗菌剂，制备的抗菌具有良好的杀菌功能及持续的抗菌功能。

CN 112206349 A通过金属医用植入材料基底表面制备掺杂抗菌离子(Sr²⁺、Mg²⁺、Ag⁺、Cu²⁺)的ZIF-8@抗菌离子涂层，成功结合三者的优势，使复合材料在具有较高的生物活性的同时具有抗菌效果。

然而，上述两项专利均通过缓慢溶出具有抗菌作用的锌离子和其他掺杂抗菌离子以及有机配体2-甲基咪唑来实现杀菌的目的。离子和2-甲基咪唑的溶出使得该抗菌材料的稳定性变差，使用寿命有限，不能实现循环使用；此外，溶出的离子和2-甲基咪唑需要达到一定浓度时才能杀菌，抗菌能力有限。另外，作为光催化抗菌材料的ZIF-8仅对紫外光响应。

发明内容

为克服上述现有技术中的问题和不足之处，本发明的目的在于提供一种可见光催化抗菌材料氧化亚铜/ZIF-8异质结的制备方法与应用，基于原位合成法将Cu₂O负载在ZIF-8表面，成功构建Cu₂O/ZIF-8异质结，既避免了Zn²⁺和2-甲基咪唑的溶出，又抑制了Cu₂O光腐蚀，促进活性氧(ROS)的产生，通过ROS来破坏细胞膜、造成细胞内蛋白质和DNA氧化损伤，最终导致细胞死亡，实现可见光催化杀菌。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种可见光催化抗菌材料氧化亚铜/ZIF-8异质结的制备方法，包括以下步骤：将ZIF-8、铜盐以及表面活性剂加入到溶剂中，得到混合溶液，再加入NaOH水溶液和还原剂水溶液，搅拌后离心，收集沉淀，烘干，得到可见光催化Cu₂O/ZIF-8异质结抗菌材料。