[发明专利]一种非贵金属铜修饰碳基复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种非贵金属铜修饰碳基复合材料及其制备方法和应用，制备方法包括如下步骤：将锌盐、铟盐及硫源分别溶于水中，调节混合溶液pH至0.5‑5，引入碳基材料，水热反应，沉淀物离心分离后洗涤得到暗黄色固体，置于真空烘箱内干燥过夜，即得负载碳基的硫铟锌复合材料；配制的铜离子溶液混合复合材料进行光沉积反应，得到纳米铜修饰的硫铟锌/碳基复合材料；离心洗涤干燥，得到非贵金属铜修饰碳基复合材料。本发明复合材料中的硫锌铟吸收可见光激发的光电子经碳基材料传递后原位再生释放的铜离子，减少铜的流失，提高纳米铜粒子的稳定性和分散性，强化了杀菌能力。

技术领域

本发明属于杀菌复合材料的制备技术领域，具体涉及一种非贵金属铜修饰碳基复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

受污染的水体中含有大量的有害菌，若进入环境中将会对生态环境造成严重的影响。传统的水体灭菌消毒方式有氯化消毒，臭氧消毒，紫外线消毒等。氯化消毒具有稳定、高效的优点，但有研究表明其所产生的消毒副产物会增加癌症患病率，甚至损害中枢神经系统；紫外消毒高效洁净，但其能耗高，存在无法完全杀死的细菌，发生光复生现象，并形成增强基因。

研究人员发现一些具有特定结构或贵金属及其化合物的纳米材料具有破坏或影响细胞结构、代谢作用等来实现杀菌的作用。常见的纳米灭菌材料主要有以下几种：金属及金属氧化物纳米材料、硫基纳米材料、碳基纳米材料和氮基纳米材料等。纳米材料在灭菌消毒过程中，存在金属离子释放、物理损伤、氧化应激等灭菌机制。因其具有效率高，杀菌能力强，耐久性好，二次污染少等优点，而被认为是目前最好的抗击病原体候选之一。Ag的灭菌效果好，相对稳定持久，是应用最为广泛的纳米灭菌材料，但随其流失贵金属成本高是硬伤。相较而言，纳米铜(CuNPs)作为过渡金属元素，廉价易得，且为人体正常代谢必须的微量元素。Kumar等人将紫胶/铜纳米粒子(CuNPs)纳米涂层复合物应用于非织成的外科口罩上，利用纳米铜的灭菌能力赋予口罩可重复使用和自灭菌能力(Nano Letters,2021,337-343)，但是，同其它金属材料一样，Cu²⁺在水体中也会流失。

较单一金属材料而言，基于纳米金属的多元复合功能材料通过组元间的协同作用，可以表现出更好的综合功效，能提高纳米金属粒子的稳定性、分散性，减少其流失。Song等人将纳米银颗粒原位修饰还原氧化石墨烯(Ag/rGO)，该材料对革兰氏阴性的大肠杆菌表现出显著的杀菌能力(99.9％)(Applied Surface Science,2019,682)。Hu等人所制备的三相复合材料rGO-AgNP/Bi₂Fe₄O₉对革兰氏阴性大肠杆菌、铜绿假单胞菌和革兰氏阳性金黄色葡萄球菌均表现出超高效的杀菌效果(Applied Catalysis B,2018,548)。此外，复合材料有利提升各组元材料活性，是功能材料的重要发展方向之一。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种非贵金属铜修饰碳基复合材料及其制备方法和应用。

为达到上述目的，提出以下技术方案：

一种非贵金属铜修饰碳基复合材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将锌盐、铟盐及硫源分别溶于水中，依次混合均匀，磁力搅拌得到混合溶液，采用酸性溶液调节混合溶液pH，引入碳基材料，继续搅拌，搅拌完成后将混合溶液转移至水热反应釜中，并移至烘箱中进行反应；

2)反应结束后冷却至室温，沉淀物离心分离后用超纯水、无水乙醇洗涤得到暗黄色固体，将其置于真空烘箱内干燥过夜，即得硫铟锌/碳基复合材料；

3)将铜盐溶解于超纯水中，超声配制铜离子溶液备用，将通过步骤2)制备得到的硫铟锌/碳基复合材料超声分散于水体中，与配制的铜离子溶液混合，经超声后移入光反应器中，氮气鼓泡去除溶解氧，在磁力搅拌和光照下，慢慢注入还原性溶液，进行5-180min光沉积反应，得到纳米铜修饰的硫铟锌/碳基复合材料；