CN107455388A - 一种明暗场杀菌的ZnO/V2O5复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种明暗场杀菌的ZnO/V2O5复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107455388A
CN107455388A CN201710726795.8A CN201710726795A CN107455388A CN 107455388 A CN107455388 A CN 107455388A CN 201710726795 A CN201710726795 A CN 201710726795A CN 107455388 A CN107455388 A CN 107455388A
Authority
CN
China
Prior art keywords
preparation
zno
nano
nano wire
hydro
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710726795.8A
Other languages
English (en)
Inventor
陈守刚
孙海云
郝湘平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ocean University of China
Original Assignee
Ocean University of China
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ocean University of China filed Critical Ocean University of China
Priority to CN201710726795.8A priority Critical patent/CN107455388A/zh
Publication of CN107455388A publication Critical patent/CN107455388A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01N—PRESERVATION OF BODIES OF HUMANS OR ANIMALS OR PLANTS OR PARTS THEREOF; BIOCIDES, e.g. AS DISINFECTANTS, AS PESTICIDES OR AS HERBICIDES; PEST REPELLANTS OR ATTRACTANTS; PLANT GROWTH REGULATORS
    • A01N59/00—Biocides, pest repellants or attractants, or plant growth regulators containing elements or inorganic compounds
    • A01N59/16—Heavy metals; Compounds thereof

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Agronomy & Crop Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Pest Control & Pesticides (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)

Abstract

本发明公开了一种在明暗场下均具有高效杀菌作用的纳米复合材料及其制备方法。首先以超纯水为溶剂，将V2O5粉体在室温下搅拌溶解，缓慢逐滴滴加过氧化氢（H2O2）至上述溶液中，形成[VO(O2)2]‑前驱体溶液，将上述溶液加入反应釜,进行水热反应，获得的产物经冷冻干燥制得V2O5纳米线；然后将V2O5纳米线溶于N,N‑二甲基甲酰胺溶液中，加入含锌前驱体溶解，进行水浴反应，制得ZnO/V2O5纳米复合材料。抑菌实验表明所制备的材料在自然光照下和暗场条件下均具有较高的杀菌率。本发明的制备方法操作简单，成本低廉，可实现量化可控制备，制备的材料在明暗场下的高杀菌率扩大了氧化锌的应用范围，可望在催化和抑菌方面得到广泛应用。

Description

一种明暗场杀菌的ZnO/V2O5复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种杀菌纳米复合材料的制备领域，特别是涉及一种在自然光条件下和暗场条件下均具有较高杀菌率的纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
随着经济和社会的快速发展，人们对医疗卫生水平越来越重视，对抗菌材料的关注也日益增加。其中，纳米ZnO由于其环境友好、生物兼容、广谱抗菌和无细菌抗性等特点而成为出色的抗菌材料。ZnO作为一种光催化型抗菌材料，其带隙较宽，约为3.37 eV，仅能在紫外光下激发，而紫外光仅占太阳光总能量的3%-5%，能量利用率较低。虽然ZnO已经具备了很好的抗菌活动，但其在光下和暗场下的抗菌活动仍然需要探讨和改进。ZnO在光下和暗场下的抑菌机理相近，主要有三种：活性氧基团（ROS）的产生，Zn2+的释放和ZnO纳米粒子与细胞壁直接接触杀菌，但二者关于活性氧基团的产生有所差别。所以有必要对氧化锌进行金属和非金属掺杂，与其他窄带隙半导体复合，改善其能量利用率，减少光生电子和空穴的复合，扩大其应用范围。有文献报道纳米V2O5具有优良的抗菌性能，其抗菌机理主要涉及到ROS的产生。在本文中我们选择V2O5纳米线与ZnO复合，主要基于以下点原因：V2O5纳米线本身具有一定的抗菌性能；V2O5纳米线可作为支撑材料，难溶于水，防止ZnO纳米粒子的聚集，减弱ZnO的生物毒性；V2O5带隙窄，期望与ZnO复合可减小ZnO带隙，发挥协同作用，提高其在可见光和暗场下的抑菌活动。
本文主要针对ZnO的抑菌活动，期望其在自然光下和暗场下都可以取得较高的抗菌率。González-Penguelly等人发现ZnO：Ag 1%纳米膜在光照下的抗菌率达76%，暗场下低于此值。M. Zirak等人报道了纳米ZnO@CdS在光照下和暗场下的抑菌活动，在光照下最高的杀菌率达70%，暗场下仅有10%。这些文献中涉及的暗场下的抑菌率较低，这也是本文要做的工作， ZnO/V2O5纳米复合材料可以在自然光下和暗场下取得较高的杀菌率。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种在自然光下和暗场下均具有高效杀菌作用的复合材料及其制备方法。
本发明采用两步法合成ZnO/V2O5纳米复合材料，首先采用水热法合成V2O5纳米线，然后采用水浴法合成ZnO/V2O5纳米复合材料。
本发明具体的技术方案包括如下步骤：
（1）水热法制备V2O5纳米线：以超纯水为溶剂，将V2O5粉体在室温下搅拌溶解，缓慢逐滴滴加H2O2至上述溶液中，形成[VO(O2)2]-前驱体溶液，将上述溶液加入反应釜,进行水热反应，获得的产物经冷冻干燥得到V2O5纳米线；
（2）水浴法合成ZnO/V2O5复合纳米材料：将（1）中制备出的V2O5纳米线溶于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，加入锌的前驱体溶解，进行水浴反应，最终制得ZnO/V2O5纳米复合材料。
步骤（1）所述的V2O5粉体为1.5 g，溶于60 mL-100 mL超纯水中，滴加的H2O2为10mL。
步骤（1）所述的水热温度为150 ℃～180 ℃，水热时间为12 h～36 h。
步骤（1）所述的水热法制备V2O5纳米线，直径在10 nm-150 nm。
步骤（2）所述的V2O5纳米线与锌的前驱体摩尔比为3:1-1:3。
步骤（2）所述的水浴法的温度在60 ℃～95 ℃，时间在3 h～5 h。
上述制备方法所制备得到的ZnO/V2O5纳米复合材料在自然光下和暗场下杀菌中的应用。
与已有的杀菌材料相比，本发明具有如下优点：
（1）本发明中制备复合材料所用原料价廉，产量丰富；
（2）本发明中制备的复合材料V2O5纳米线难溶于水且对氧化锌有支撑作用，减少了ZnO纳米粒子的团聚以及对环境的污染；
（3）本发明所制备的复合材料在自然光下和暗场下均具有优异的抑菌效果。
附图说明
图1a是实施例1所制备的V2O5纳米线的扫描电镜照片。
图1b是实施例2所制备的ZnO/V2O5纳米复合材料的扫描电镜照片。
图1c是实施例2所制备的ZnO/V2O5纳米复合材料中对ZnO的扫描电镜照片。
图2是实施例1和实施例2所制备的ZnO/V2O5纳米复合材料的X射线衍射图谱。
图3是实施例2所制备的ZnO/V2O5复合纳米材料在明场和暗场下的杀菌效果图。
图4是实施例2所制备的ZnO/V2O5复合纳米材料在明场和暗场下的ROS相对含量荧光图。
图5是实施例2所制备的ZnO/V2O5复合纳米材料在明场和暗场下抗氧化实验结果。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例
（1）水热法制备V2O5纳米线
以50 mL超纯水为溶剂，将1.5 g V2O5粉体在室温下搅拌溶解，缓慢逐滴滴加10 mLH2O2至上述溶液中，形成[VO(O2)2]-前驱体溶液，将上述溶液加入反应釜，180 ℃水热反应24h，将获得的产物冷冻干燥得到V2O5纳米线。
（2）水浴法合成ZnO/V2O5复合纳米材料
取（1）中制备出的V2O5纳米线0.182 g，溶于50 mL N,N-二甲基甲酰胺溶液中，加入0.220 g C4H6O4Zn·2(H2O)溶解，95 ℃水浴反应5 h，制得ZnO/V2O5纳米复合材料。
（3）对样品进行表征和测试：
利用扫描电镜观察样品的表面形貌，结果见图1a。从图1a中可以看出， 所制备的V2O5纳米线直径约为100-200 nm，长度约为8 μm。图1b 显示了ZnO/V2O5纳米复合材料呈串珠形貌，V2O5仍然呈线型，图1c ZnO呈片层组装的花状形貌。图2 是对样品的XRD的成分表征，对比ZnO和V2O5可看出制备的复合物同时具有二者的衍射峰。
（4）对样品进行杀菌效果的测试：
为了测试制备的ZnO/V2O5纳米复合材料的抑菌性能，将制备好的样品在自然光下和暗场下进行抑菌试验。将金黄葡萄球菌的菌种接入到LB液体培养基中进行活化，菌液在恒温震荡培养箱中37℃条件下震荡24 h。将样品置于5 mL 离心管中，每个样品准备两个离心管，一个正常暴露于自然光下，另一个用锡纸遮盖避光，分别接种5 μL活化好的菌液，置于摇床震荡18 h。分别将含有样品的菌液用生理盐水梯度稀释，利用平板计数进行观察统计，并利用杀菌率公式对数据进行统计。图3是ZnO/V2O5复合纳米材料在明场和暗场下的杀菌效果图。在自然光下ZnO/V2O5复合纳米材料比纯V2O5纳米线和ZnO纳米粒子具有更好的杀菌效果，杀菌率达99.8%，在暗场下杀菌率达98.0%。
（5）对样品杀菌机理的探究：
对ZnO/V2O5复合纳米材料在明暗场条件下的ROS的相对含量进行了荧光测试，测试结果见图3。图3a和3b为明场下阴性对照和样品的ROS相对含量，c和d为暗场下相应的ROS荧光图，e为阳性对照（Rosup处理）。对比a、b和e图发现在明场下样品产生的ROS比空白阴性对照多，与阳性对照相当。在暗场下情况相近。这说明无论在明场或暗场下，样品中ROS的相对含量较多。为进一步确定ROS的产生在样品抑菌活动中的地位，本文对样品进行了抗氧化实验。在抑菌试验的基础上，再在样品离心管中加入10 mM的谷胱甘肽（还原态），消除样品产生的ROS对细菌产生的氧化应激反应，结果见图4。图4表明在明场和暗场下的抑菌率分别降低为23. 5% 和 20.3%。这说明了ROS的产生在样品抗菌活动中占了重要地位。
以上实施例仅是本发明若干种优选实施方式中的几种，应当指出，本发明不限于上述实施例；对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种杀菌复合材料的制备方法，其特征包括以下步骤：
（1）水热法制备V2O5纳米线：以超纯水为溶剂，将V2O5粉体在室温下搅拌溶解，缓慢逐滴滴加H2O2至上述溶液中，形成[VO(O2)2]-前驱体溶液，将上述溶液加入反应釜,进行水热反应，将获得的产物冷冻干燥得到V2O5纳米线；
（2）水浴法合成ZnO/V2O5纳米复合材料：将上述制备出的V2O5纳米线溶于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，加入锌的前驱体溶解，进行水浴反应，获得ZnO/V2O5纳米复合材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（1）所述的V2O5粉体为1.5 g，溶于60 mL-100 mL超纯水中，滴加的H2O2溶液为10 mL。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（1）所述的水热温度为150 ℃～180 ℃，水热时间为12 h～36 h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（1）所述的水热法制备V2O5纳米线，直径在10 nm-150 nm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（2）所述的V2O5纳米线与锌的前驱体的摩尔比为3:1-1:3。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（2）所述的水浴法的温度在60 ℃～95 ℃，时间在3 h～5 h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于步骤（2）所述的最终样品ZnO/V2O5复合纳米材料呈串珠状，其中V2O5形貌没有改变，ZnO呈由片层组装成的花球状形貌，片层厚度约10 nm-30 nm。
CN201710726795.8A 2017-11-09 2017-11-09 一种明暗场杀菌的ZnO/V2O5复合材料及其制备方法 Pending CN107455388A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710726795.8A CN107455388A (zh) 2017-11-09 2017-11-09 一种明暗场杀菌的ZnO/V2O5复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710726795.8A CN107455388A (zh) 2017-11-09 2017-11-09 一种明暗场杀菌的ZnO/V2O5复合材料及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107455388A true CN107455388A (zh) 2017-12-12

Family

ID=60549611

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710726795.8A Pending CN107455388A (zh) 2017-11-09 2017-11-09 一种明暗场杀菌的ZnO/V2O5复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107455388A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111729664A (zh) * 2020-06-05 2020-10-02 吉林大学 一种负载型纳米氧化锌及其制备和应用
CN112920599A (zh) * 2021-04-17 2021-06-08 福州大学 一种聚苯胺基导电复合水凝胶柔性电极材料及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102208631A (zh) * 2011-04-27 2011-10-05 北京化工大学 超长单晶v2o5纳米线/石墨烯正极材料及制备方法
CN102417220A (zh) * 2011-11-28 2012-04-18 南京大学 钽掺杂氧化锌纳米粉末光催化剂在水处理抗菌中的应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102208631A (zh) * 2011-04-27 2011-10-05 北京化工大学 超长单晶v2o5纳米线/石墨烯正极材料及制备方法
CN102417220A (zh) * 2011-11-28 2012-04-18 南京大学 钽掺杂氧化锌纳米粉末光催化剂在水处理抗菌中的应用

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HAIYUN SUN ET AL: ""Zinc oxide/vanadium pentoxide heterostructures with enhanced day-night antibacterial activities"", 《JOURNAL OF COLLOID AND INTERFACE SCIENCE》 *
M. ASLAM ET AL: ""Enhanced photocatalytic activity of V2O5–ZnO composites for the mineralization of nitrophenols"", 《CHEMOSPHERE》 *
M. ZIRAK ET AL: ""Vertically aligned ZnO@CdS nanorod heterostructures for visible light"", 《JOURNAL OF ALLOYS AND COMPOUNDS》 *
周静: "《功能材料制备及物理性能分析》", 29 February 2012, 武汉理工大学出版社 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111729664A (zh) * 2020-06-05 2020-10-02 吉林大学 一种负载型纳米氧化锌及其制备和应用
CN111729664B (zh) * 2020-06-05 2022-11-11 吉林大学 一种负载型纳米氧化锌及其制备和应用
CN112920599A (zh) * 2021-04-17 2021-06-08 福州大学 一种聚苯胺基导电复合水凝胶柔性电极材料及其制备方法
CN112920599B (zh) * 2021-04-17 2022-05-10 福州大学 一种聚苯胺基导电复合水凝胶柔性电极材料及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Xu et al. Antimicrobial mechanism based on H2O2 generation at oxygen vacancies in ZnO crystals
Amna et al. Antibacterial activity and interaction mechanism of electrospun zinc-doped titania nanofibers
Gebreslassie et al. Green and cost-effective synthesis of tin oxide nanoparticles: a review on the synthesis methodologies, mechanism of formation, and their potential applications
Verma et al. Antimicrobial potential of Ag-doped ZnO nanostructure synthesized by the green method using Moringa oleifera extract
Rehim et al. Photocatalytic activity and antimicrobial properties of paper sheets modified with TiO2/Sodium alginate nanocomposites
Qamar et al. Synthesis characterization, optical and antibacterial studies of Co-doped SnO2 nanoparticles
Fu et al. Construction of cellulose based ZnO nanocomposite films with antibacterial properties through one-step coagulation
Mohammadi-Aloucheh et al. Enhanced anti-bacterial activities of ZnO nanoparticles and ZnO/CuO nanocomposites synthesized using Vaccinium arctostaphylos L. fruit extract
CN108042565B (zh) 一种具有抗菌功效的黑磷纳米材料及其制备方法
Yang et al. Antimicrobial activity of silver nanoparticle impregnated bacterial cellulose membrane: effect of fermentation carbon sources of bacterial cellulose
Khan et al. Antibacterial studies of ZnO and Cu-doped ZnO nanoparticles synthesized using aqueous leaf extract of Stachytarpheta jamaicensis
Desai et al. Chemically grown MoO3 nanorods for antibacterial activity study
Ahmad et al. Plant extract mediated cost-effective tin oxide nanoparticles: a review on synthesis, properties, and potential applications
Dwivedi et al. Gum Acacia modified Ni doped CuO nanoparticles: an excellent antibacterial material
CN103734188A (zh) 氧化锌-氧化石墨烯复合纳米材料的制备方法及应用
US11891308B2 (en) Method for preventing and reducing microorganism growth using a spinel ferrite composition
Amna et al. Characterization and potent bactericidal effect of cobalt doped titanium dioxide nanofibers
CN107455388A (zh) 一种明暗场杀菌的ZnO/V2O5复合材料及其制备方法
CN114009447A (zh) 一种铜纳米粒子负载聚多巴胺修饰的片状MoS2纳米抗菌剂及其制备方法和应用
Senthilkumar et al. Green and sustainable preparation of flower-like ZnO nanostructures via soft bio-template approach for the enhancement of biomedical applications
Wang et al. Novel candy-like Cu4O3 microstructure: facile wet chemical synthesis, formation mechanism, and good long-term antibacterial activities
Pang et al. Design of a ZnO@ plant polyphenol/poly (vinyl alcohol) film via plant polyphenol-induced cross-linking and its enhanced UV shielding and antibacterial performance
Hassan et al. Controlled synthesis of Mn 2 O 3 nanowires by hydrothermal method and their bactericidal and cytotoxic impact: a promising future material
Salah et al. Size-controlled, single-crystal CuO nanosheets and the resulting polyethylene–carbon nanotube nanocomposite as antimicrobial materials
Suganya et al. Photoconductive and antimicrobial properties of Psidium guajava leaf extract mediated green synthesized SnS2–CdO and SnS2–NiO nanocomposites

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20171212