CN103563984A - 一种用中气压射流等离子体制备氧化石墨烯/银抑菌复合材料的方法 - Google Patents

一种用中气压射流等离子体制备氧化石墨烯/银抑菌复合材料的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用中气压射流等离子体制备氧化石墨烯/银抑菌复合材料的方法，首先通过浸渍银前驱体，在氧化石墨烯表面负载银离子；再在室温下用中气压氢气冷等离子体射流处理，将银离子还原成银纳米粒子，得到氧化石墨烯/银复合材料。本发明利用等离子体还原前驱物的方法，避免使用对环境有污染的化学试剂，由于在干态下还原，大大减少了贵金属的流失，可以高效制备氧化石墨烯/银复合材料。样品透射电镜图片也证实了银纳米离子均匀分布在氧化石墨烯表面。

Description

一种用中气压射流等离子体制备氧化石墨烯/银抑菌复合材料的方法
技术领域
本发明涉及一种氧化石墨烯复合材料，具体涉及一种氧化石墨烯/银抑菌复合材料的制备方法。
背景技术
近年来石墨烯以及氧化石墨烯以其巨大的比表面积和化学稳定性而受到很多研究和关注，其中一个重要的应用就是在石墨烯和氧化石墨烯表面负载金属纳米粒子，制备石墨烯/金属纳米粒子和氧化石墨烯/金属纳米粒子的复合材料，可应用于传感器、催化剂等领域。
数个世纪以来金属银就已经被认为是一种有效的抑菌材料，现在的研究也证明银纳米颗粒（AgNPs）能够对多种细菌、真菌和病毒有有效的抑制作用，因此AgNPs在医疗器械、伤口处理以及水净化处理等方面的应用也是研究当今的研究热点。
在氧化石墨烯表面负载AgNPs被认为是一种很好的纳米抑菌材料，现有技术中已经有这方面的报道。例如德国的《Small》（2009, 20, 2253）报道了一种用化学法合成氧化石墨烯/银（AgGO）的方法，其使用的还原剂是氢氧化钾，在碱性环境下还原硝酸银制得复合物。英国的《New J. Chem.》（2011, 35, 1418）报道了一种使用两相法合成AgGO的方法，这种方法使得AgNPs均匀分布在氧化石墨烯片上，其抑菌效果和单独的AgNPs比起来也有显著提高。
上述现有技术方法都是在溶液中进行的化学方法，步骤较繁琐，并引入了一些影响生物安全性的化学还原剂和表面稳定剂，它们对要制得的样品都是污染物，并影响了抑菌性能。
发明内容
本发明要解决的问题在于提供一种氧化石墨烯/银抑菌复合材料的制备方法，具体为用中气压射流等离子体技术对材料进行还原处理从而取代传统的化学还原剂和稳定剂，与现有技术相比，本发明提供的方法不需要在溶液中进行，不需要引入化学试剂，绿色环保，制得的氧化石墨烯/银抑菌复合材料具有良好的生物安全性和抑菌性能。
为了解决以上技术问题，本发明提供一种氧化石墨烯/银抑菌复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
    （1）制备氧化石墨烯悬浮液：将氧化石墨粉末溶于去离子水中，超声处理5-10小时得到棕色氧化石墨烯悬浮液；
    （2）浸渍银前驱体：在制备的氧化石墨烯悬浮液中加入一定量的硝酸银溶液，使氧化石墨烯与硝酸银质量比为3-4:1，搅拌均匀，然后将所得溶液放置于真空干燥箱中，在80-90℃干燥20-24小时，得到氧化石墨烯与银前驱物的片状混合物；
    （3）等离子体还原：将氧化石墨烯与银前驱物的片状混合物放入射流等离子体发生装置中，开启真空泵将装置内气压抽到5 Pa以下；然后打开气源阀门，通入氢气至50-100 Pa，开启交流高压电源，将峰值电压调到5000-5500V，得到稳定的中气压氢气冷等离子体射流，并在装置内底部充满辉光，在此状态下连续放电处理20-30分钟，最终得到氧化石墨烯/银复合材料。
    步骤（2）所述的硝酸银溶液浓度为1-5mmol/L，搅拌时间不少于8小时。
步骤（3）所述的产生等离子体的工作气体还可以是氩气或者是氢的同位素；其射流等离子体可以是通过介质阻挡放电产生，也可以是通过直流脉冲、射频和微波放电产生。
    本发明的原理为：氧化石墨烯表面有很多官能团，包括羧基、羟基等，这些含氧官能团能够锚定金属离子，通过浸渍银前驱体，在氧化石墨烯表面负载了银离子，吸附银前驱体后，再用低温射流等离子体中大量还原性的电子将银离子还原成银纳米粒子。
本发明具有以下优点：
（1）利用等离子体还原前驱物的方法，避免使用对环境有污染的化学试剂，由于在干态下还原，大大减少了贵金属的流失，可以高效地制备氧化石墨烯/银复合材料。
（2）氧化石墨烯与银前驱物的片状混合物是浸泡在由氢气射流等离子体产生的辉光中，其表面的银离子可以得到充足均匀还原，从得到的样品透射电镜（TEM）图片证实了银离子均匀还原成银纳米粒子。
（3）本发明实验的中气压射流装置结构简单，对真空要求低，且射频电源、微波电源和高压交流电源均能产生辉光等离子体。
附图说明
图1为本发明的装置原理图，其中，1.高压交流电源，2.铜电极，3.进气口，4.圆柱形玻璃管，5.样品台，6.抽气口，7.底部支架。
图2为实施例所制得样品的TEM图。
图3为实施例所制得样品的EDS扫描图，其中白色斑点为碳能谱扫描图，红色斑点为银能谱扫描图。
图4为实施例所制得样品的XRD表征。
图5为实施例所制得样品的XPS表征。
图6为实施例所制得样品对大肠杆菌的抑菌实验，其中右图为未负载银纳米粒子的空白样。
具体实施方式
    以下结合实施例和附图对本发明做进一步说明，并不对本发明进行任何限制。
    1.制备氧化石墨烯悬浮液：将氧化石墨粉末溶于去离子水中，超声处理8小时得到棕色氧化石墨烯悬浮液；
    2．浸渍银前驱体：在得到的氧化石墨烯悬浮液中加入3 mmol/L硝酸银溶液，同时搅拌，然后将所得溶液放置于真空干燥箱， 80℃干燥24小时，得到氧化石墨烯与银前驱物的片状混合物；
    3.等离子体还原：将氧化石墨烯与银前驱物的片状混合物放入射流等离子体发生装置中，开启真空泵将装置内气压抽到5 Pa以下；然后打开气源阀门，通入氢气至80 Pa，开启交流高压电源，将峰值电压调到5000V，得到稳定的中气压氢气冷等离子体射流，并在装置内底部充满辉光，在此状态下连续放电处理30分钟左右，最终得到氧化石墨烯/银复合材料。
    样品的透射电子显微镜照片(TEM)和ESD能谱扫描分布见图2和图3，可以看出银纳米颗粒均匀的沉积在氧化石墨烯表面，平均粒径为2 nm。图4的XRD表征表明银离子被还原成银单质。图5的XPS表明银的价态主要以零价存在。取5mg样品放入浓度为106CFU的大肠杆菌的培养皿中，再放入恒温培养箱中培养10小时，得到明显抑菌圈（图6），结果表明样品对大肠杆菌有很好的抑制作用。

Claims (3)

1.一种用中气压射流等离子体技术制备氧化石墨烯/银抑菌复合材料的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）制备氧化石墨烯悬浮液：将氧化石墨粉末溶于去离子水中，超声处理5-10小时得到棕色氧化石墨烯悬浮液；
（2）浸渍银前驱体：在制备的氧化石墨烯悬浮液中加入一定量的硝酸银溶液，使氧化石墨烯与硝酸银质量比为3-4:1，搅拌均匀，然后将所得溶液放置于真空干燥箱中，在80-90℃干燥20-24小时，得到氧化石墨烯与银前驱物的片状混合物；
（3）等离子体还原：将氧化石墨烯与银前驱物的片状混合物放入射流等离子体发生装置中，开启真空泵将装置内气压抽到5 Pa以下；然后打开气源阀门，通入氢气至50-100 Pa，开启交流高压电源，将峰值电压调到5000-5500V，得到稳定的中气压氢气冷等离子体射流，并在装置内底部充满辉光，在此状态下连续放电处理20-30分钟，最终得到氧化石墨烯/银复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种用中气压射流等离子体技术制备氧化石墨烯/银抑菌复合材料的方法，其特征在于：步骤（2）所述的硝酸银溶液浓度为1-5mmol/L，搅拌时间不少于8小时。
3.根据权利要求1所述的一种用中气压射流等离子体技术制备氧化石墨烯/银抑菌复合材料的方法，其特征在于：步骤（3）所述的产生等离子体的工作气体还可以是氩气或者是氢的同位素；其射流等离子体可以是通过介质阻挡放电产生，也可以是通过直流脉冲、射频和微波放电产生。
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