CN113198494A - 一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结及其制备方法与应用 - Google Patents
一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结及其制备方法与应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113198494A CN113198494A CN202110389073.4A CN202110389073A CN113198494A CN 113198494 A CN113198494 A CN 113198494A CN 202110389073 A CN202110389073 A CN 202110389073A CN 113198494 A CN113198494 A CN 113198494A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- graphene
- bismuth oxychloride
- bismuth
- heterojunction
- dimensional heterojunction
- 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
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 145
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 142
- 229940073609 bismuth oxychloride Drugs 0.000 title claims abstract description 92
- BWOROQSFKKODDR-UHFFFAOYSA-N oxobismuth;hydrochloride Chemical compound Cl.[Bi]=O BWOROQSFKKODDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 92
- 230000000844 anti-bacterial effect Effects 0.000 title claims abstract description 47
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 title claims abstract description 39
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 47
- FBXVOTBTGXARNA-UHFFFAOYSA-N bismuth;trinitrate;pentahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.[Bi+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O FBXVOTBTGXARNA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 23
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims abstract description 23
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims abstract description 23
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims abstract description 23
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims abstract description 23
- FBPFZTCFMRRESA-KVTDHHQDSA-N D-Mannitol Chemical compound OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@H](O)[C@H](O)CO FBPFZTCFMRRESA-KVTDHHQDSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229930195725 Mannitol Natural products 0.000 claims abstract description 21
- 239000000594 mannitol Substances 0.000 claims abstract description 21
- 235000010355 mannitol Nutrition 0.000 claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 55
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 40
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 27
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims description 22
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 19
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 16
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims description 5
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000053 physical method Methods 0.000 claims description 2
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 2
- -1 graphene pentahydrate Chemical class 0.000 claims 1
- RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N hydron;methyl 4-methoxypyridine-2-carboxylate;chloride Chemical compound Cl.COC(=O)C1=CC(OC)=CC=N1 RXPAJWPEYBDXOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 abstract description 9
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 3
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 abstract description 2
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 23
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 10
- 241000191967 Staphylococcus aureus Species 0.000 description 9
- 241000588724 Escherichia coli Species 0.000 description 8
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 4
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 4
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 3
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 3
- VFNKZQNIXUFLBC-UHFFFAOYSA-N 2',7'-dichlorofluorescein Chemical compound O1C(=O)C2=CC=CC=C2C21C1=CC(Cl)=C(O)C=C1OC1=C2C=C(Cl)C(O)=C1 VFNKZQNIXUFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 241000192125 Firmicutes Species 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229920001817 Agar Polymers 0.000 description 1
- 208000035143 Bacterial infection Diseases 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008272 agar Substances 0.000 description 1
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 description 1
- 208000022362 bacterial infectious disease Diseases 0.000 description 1
- 230000003115 biocidal effect Effects 0.000 description 1
- 239000012620 biological material Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000002651 drug therapy Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000036457 multidrug resistance Effects 0.000 description 1
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 1
- 239000002504 physiological saline solution Substances 0.000 description 1
- 230000005180 public health Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/06—Halogens; Compounds thereof
-
- 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
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
- A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
- A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
- A61L2/08—Radiation
- A61L2/088—Radiation using a photocatalyst or photosensitiser
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J21/00—Catalysts comprising the elements, oxides, or hydroxides of magnesium, boron, aluminium, carbon, silicon, titanium, zirconium, or hafnium
- B01J21/18—Carbon
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/39—Photocatalytic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
- B01J37/10—Heat treatment in the presence of water, e.g. steam
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Agronomy & Crop Science (AREA)
- Plant Pathology (AREA)
- Public Health (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- Epidemiology (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Pest Control & Pesticides (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Dentistry (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Zoology (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Agricultural Chemicals And Associated Chemicals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结及其制备方法与应用。所述方法：首先通过聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯，然后采用一步水热法，将甘露醇、五水硝酸铋、聚乙烯吡咯烷酮修饰石墨烯和氯化钠水热反应得到氯氧化铋/石墨烯二维异质结。本发明所述方法合成原料绿色无毒，方便经济，易于制备；所制得的氯氧化铋/石墨烯二维异质结在氙灯照射下能够较快速地杀死细菌。
Description
技术领域
本发明属于医用生物材料技术领域，具体涉及一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结复合材料及其制备方法与应用，所述氯氧化铋/石墨烯二维异质结复合材料在氙灯照射下具有光催化抗菌效果。
背景技术
细菌感染已成为全世界人类健康的主要威胁。传统的基于抗生素的药物疗法导致细菌产生多重耐药性，这是公共卫生领域的重大挑战。随着纳米技术的飞速发展，光催化抗菌疗法被认为是一种有前景的抗菌策略，其具有低能耗、无创性和广谱抗菌的优点。虽然已有研究报道了多种具有光催化抗菌性能的半导体材料，但对于实现快速光催化抗菌的方面还比较缺乏。
氯氧化铋是一种光催化抗菌材料，得益于二维结构和内置电场，氯氧化铋拥有极大比表面积和有益于光生电荷快速分离的传输路径。由于固有的宽带隙，氯氧化铋的有效吸收仅限于短波长范围的光，难以实现快速光催化抗菌。研究人员发现以石墨烯为首的二维碳材料能显著改善氯氧化铋的催化性能，但现有技术获得氯氧化铋复合光催化剂仍然存在材料复合界面不可控导致光催化性能在很大范围内波动，发挥不出氯氧化铋作为二维光催化材料应有的强大性能。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结的制备方法。
本发明提出了稳定构建氯氧化铋/石墨烯二维异质结的方法，通过模板剂引导氯氧化铋在石墨烯二维表面原位结晶，形成紧密接触的二维异质结，实现了比氯氧化铋/石墨烯普通异质结更优异的光催化抗菌性能。
本发明采用水热法，利用甘露醇和聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性剂，在二维石墨烯表面原位形成氯氧化铋，制得的复合材料具有二维-二维接触的异质结结构。本发明合成的氯氧化铋/石墨烯二维异质结对属于革兰氏阳性菌的金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有很强抗菌效果，在氙灯照射下，能杀死绝大部分细菌。
本发明的另一目的在于提供上述方法制得的一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结。
本发明的再一目的在于提供上述一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结的制备方法，包括以下步骤：
(1)将石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮加入去离子水中，混合均匀得到石墨烯悬浮液；
(2)将甘露醇和五水硝酸铋溶于去离子水中得到五水硝酸铋溶液，将石墨烯悬浮液加入到五水硝酸铋溶液中，混合均匀后，再加入氯化钠，然后水热反应，结束反应，洗涤，干燥，得到氯氧化铋/石墨烯二维异质结。
优选的，步骤(1)所述石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:0.5～3。所述石墨烯为苏州碳丰科技有限公司提供的物理法少层石墨烯或等同品质的石墨烯；所述聚乙烯吡咯烷酮的K值为28～32。
优选的，步骤(1)所述石墨烯在去离子水中浓度为0.5～1mg/mL。
优选的，步骤(1)所述混合均匀指：将石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮加入去离子水中，在常温(25～40℃)下以300W的功率超声分散15～30min，然后继续搅拌10～30min。
优选的，步骤(2)所述甘露醇和五水硝酸铋的质量比为18.00～26.00：18.00～26.00。
优选的，步骤(2)所述五水硝酸铋溶液中，甘露醇的浓度为18.00～26.00mg/mL，五水硝酸铋的浓度为18.00～26.00mg/mL。所述甘露醇和五水硝酸铋加入去离子水中并于150～300rpm下搅拌5～10min使混合均匀。
优选的，步骤(2)所述五水硝酸铋和石墨烯的质量比为28～227:1。
优选的，步骤(2)所述五水硝酸铋溶液和石墨烯悬浮液的体积比为7：5～55：5。
优选的，步骤(2)所述石墨烯悬浮液加入到五水硝酸铋溶液中，在150～300rpm下搅拌5～10min，加入氯化钠后在150～300rpm下继续搅拌5～10min。
优选的，步骤(2)所述氯化钠以氯化钠水溶液的形式加入，其中氯化钠水溶液与石墨烯五水硝酸铋混合溶液的体积比为1：5～8，氯化钠水溶液的浓度为30～300mg/mL。
优选的，步骤(2)所述水热反应的保温温度为140～180℃，反应时间为2～6h。
优选的，步骤(2)所述洗涤指用无水乙醇和去离子水离心各离心洗涤产物3～5次，离心力为5000～10000g，离心时间为5～15min/次；所述干燥的温度为30～80℃，时间6～24h。
上述方法制得的一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结。
上述一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结在光催化抗菌领域中的应用。
本发明采用氯氧化铋与石墨烯构建二维异质结可增强氯氧化铋的光催化抗菌性能，利用甘露醇和聚乙烯吡咯烷酮作为表面活性剂，聚乙烯吡咯烷酮和石墨烯可显著提升氯氧化铋的光催化性能，提高活性氧产量，使得对革兰氏阳性菌和阴性菌具有更强大的杀伤力。本发明采用一步水热法，在石墨烯表面原位生成氯氧化铋构成二维异质结，合成原料绿色无毒，方便经济，容易制备，对细菌杀伤力强，弥补了现有光催化材料抗菌速度慢的缺陷和不足。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
(1)本发明在石墨烯表面吸附聚乙烯吡咯烷酮，不仅改善了氯氧化铋/石墨烯二维异质结在水溶液中的分散性，并能在水热反应中与Bi3+配位，从而降低Bi3+在溶液中的浓度，使得Bi3+与羟基的反应部分被抑制，在石墨烯二维表面原位形成小尺寸晶体，方可成功构建二维异质结；
(2)本发明制备的氯氧化铋/石墨烯二维异质结中的氯氧化铋与氯氧化铋/石墨烯普通异质结相比具有更紧密的界面接触和分散性，有助于光吸收和电子空穴分离，氙灯照射20min，活性氧产量是氯氧化铋/石墨烯普通异质结的1.86倍；
(3)本发明制备的氯氧化铋/石墨烯二维异质结，对金黄色萄球菌和大肠杆菌的抗菌率达到了97.70％和98.99％，而氯氧化铋/石墨烯普通异质结对金黄色萄球菌和大肠杆菌的抗菌率只有68.75％和61.20％，氯氧化铋/石墨烯二维异质结对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效率较氯氧化铋/石墨烯普通异质结分别提高了28.95％和37.79％，氯氧化铋/石墨烯二维异质结短在时间内光催化抗菌效率高。
附图说明
图1为苏州碳丰科技有限公司提供的物理法少层石墨烯拉曼光谱图；
图2为对比例1制备的(a)氯氧化铋/石墨烯普通异质结和实施例1制备的(b)氯氧化铋/石墨烯二维异质结的SEM图；
图3为对比例1中氯氧化铋/石墨烯普通异质结和实施例1制备的氯氧化铋/石墨烯二维异质结的Zeta电位；
图4为对比例1制备的氯氧化铋/石墨烯普通异质结和实施例1制备的氯氧化铋/石墨烯二维异质结在氙灯光照20min下的活性氧产量；
图5为对比例1制备的氯氧化铋/石墨烯普通异质结和实施例1制备的氯氧化铋/石墨烯二维异质结在氙灯光照20min下(a)金黄色葡萄球菌和(b)大肠肝菌的存活率。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
本发明实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或者制造商建议的条件进行。所用未注明生产厂商者的原料、试剂等，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
所述石墨烯为苏州碳丰科技有限公司提供的物理法少层石墨烯，图1为其拉曼光谱特征峰信息；所述聚乙烯吡咯烷酮的K值为29～32，由上海阿拉丁生化科技股份有限公司提供。
实施例1
(1)在去离子水中加入石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮，在常温(25～40℃下)下以300W的功率超声分散30min，然后继续搅拌30min，得到石墨烯悬浮液，其中石墨烯浓度为1mg/mL，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为1mg/mL；
(2)在去离子水中加入甘露醇和五水硝酸铋并搅拌溶解配成A液，其中甘露醇的浓度为23.20mg/mL，五水硝酸铋的浓度为20.64mg/mL，搅拌速率为200rpm，搅拌时间为10min；
(3)在A液中加入步骤(1)中的石墨烯悬浮液并搅拌溶解配成B液，其中A液和石墨烯悬浮液的体积比为7：5，搅拌速率为200rpm，搅拌时间为10min；
(4)向B液中加入氯化钠水溶液搅拌溶解配成C液，其中B液和氯化钠水溶液的体积比为5：1，搅拌速率为200rpm，搅拌时间为10min；
(5)将C液转移至水热反应釜，在烘箱中进行水热反应，水热反应温度为160℃，升温速率为3℃/min，保温时间为3h；
(6)将步骤(5)所得产物离心洗涤，顺序为先3次无水乙醇和后3次去离子水离心洗涤，离心力为6800g，离心时间为8min/次；
(7)将步骤(6)所得产物置于烘箱中干燥，烘箱干燥温度为50℃，烘干时间20h，得到氯氧化铋/石墨烯二维异质结。
实施例2
(1)在去离子水中加入石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮，在常温(25～40℃下)下以300W的功率超声分散30min，然后继续搅拌30min，得到石墨烯悬浮液，其中石墨烯浓度为1mg/mL，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为1mg/mL；
(2)在去离子水中加入甘露醇和五水硝酸铋并搅拌溶解配成A液，其中甘露醇的浓度为21.30mg/mL，五水硝酸铋的浓度为20.64mg/mL，搅拌速率为200rpm，搅拌时间为10min；
(3)在A液中加入步骤(1)中的石墨烯悬浮液并搅拌溶解配成B液，其中A液和石墨烯悬浮液的体积比为6：1，搅拌速率为200rpm，搅拌时间为10min；
(4)向B液中加入氯化钠水溶液搅拌溶解配成C液，其中B液和氯化钠水溶液的体积比为5：1，搅拌速率为200rpm，搅拌时间为10min；
(5)将C液转移至水热反应釜，在烘箱中进行水热反应，水热反应温度为160℃，升温速率为3℃/min，保温时间为3h；
(6)将步骤(5)所得产物离心洗涤，顺序为先3次无水乙醇和后3次去离子水离心洗涤，离心力为6800g，离心时间为8min/次；
(7)将步骤(6)所得产物置于烘箱中干燥，烘箱干燥温度为60℃，烘干时间18h，得到氯氧化铋/石墨烯二维异质结。本实施例制备的氯氧化铋/石墨烯二维异质结的结构与实施例1相似，光催化抗菌性能也与实施例1相似。
实施例3
(1)在去离子水中加入石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮，在常温(25～40℃下)下以300W的功率超声分散30min，然后继续搅拌30min，得到石墨烯悬浮液，其中石墨烯浓度为1mg/mL，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为1.2mg/mL；
(2)在去离子水中加入甘露醇和五水硝酸铋并搅拌溶解配成A液，其中甘露醇的浓度为25.50mg/mL，五水硝酸铋的浓度为20.64mg/mL，搅拌速率为200rpm，搅拌时间为10min；
(3)在A液中加入步骤(1)中的石墨烯悬浮液并搅拌溶解配成B液，其中A液和石墨烯悬浮液的体积比为40：5，搅拌速率为200rpm，搅拌时间为10min；
(4)向B液中加入氯化钠水溶液搅拌溶解配成C液，其中B液和氯化钠水溶液的体积比为7：1，搅拌速率为200rpm，搅拌时间为10min；
(5)将C液转移至水热反应釜，在烘箱中进行水热反应，水热反应温度为180℃，升温速率为3℃/min，保温时间为2.5h；
(6)将步骤(5)所得产物离心洗涤，顺序为先3次无水乙醇和后3次去离子水离心洗涤，离心力为8000g，离心时间为7min/次；
(7)将步骤(6)所得产物置于烘箱中干燥，烘箱干燥温度为80℃，烘干时间12h，得到氯氧化铋/石墨烯二维异质结。本实施例制备的氯氧化铋/石墨烯二维异质结的结构与实施例1相似，光催化抗菌性能也与实施例1相似。
实施例4
(1)在去离子水中加入石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮，在常温(25～40℃下)下以300W的功率超声分散30min，然后继续搅拌30min，得到石墨烯悬浮液，其中石墨烯浓度为0.5mg/mL，聚乙烯吡咯烷酮的浓度为0.6mg/mL；
(2)在去离子水中加入甘露醇和五水硝酸铋并搅拌溶解配成A液，其中甘露醇的浓度为23.20mg/mL，五水硝酸铋的浓度为20.64mg/mL，搅拌速率为200rpm，搅拌时间为10min；
(3)在A液中加入步骤(1)中的石墨烯悬浮液并搅拌溶解配成B液，其中A液和石墨烯悬浮液的体积比为40：5，搅拌速率为200rpm，搅拌时间为10min；
(4)向B液中加入氯化钠水溶液搅拌溶解配成C液，其中B液和氯化钠水溶液的体积比为8：1，搅拌速率为200rpm，搅拌时间为10min；
(5)将C液转移至水热反应釜，在烘箱中进行水热反应，水热反应温度为170℃，升温速率为3℃/min，保温时间为3h；
(6)将步骤(5)所得产物离心洗涤，顺序为先3次无水乙醇和后3次去离子水离心洗涤，离心力为7000g，离心时间为8min/次；
(7)将步骤(6)所得产物置于烘箱中干燥，烘箱干燥温度为60℃，烘干时间18h，得到氯氧化铋/石墨烯二维异质结。本实施例制备的氯氧化铋/石墨烯二维异质结的结构与实施例1相似，光催化抗菌性能也与实施例1相似。
对比例1
(1)在去离子水中加入氧化石墨烯，在常温(25～40℃下)下以300W的功率超声分散30min，然后继续搅拌30min，得到氧化石墨烯悬浮液，其中氧化石墨烯浓度为1mg/mL；
(2)在去离子水中加入甘露醇和五水硝酸铋并搅拌溶解配成A液，其中甘露醇的浓度为23.20mg/mL，五水硝酸铋的浓度为20.64mg/mL，搅拌速率为200rpm，搅拌时间为10min；
(3)在A液中加入步骤(1)中的氧化石墨烯悬浮液并搅拌溶解配成B液，其中A液和石墨烯悬浮液的体积比为7：5，搅拌速率为200rpm，搅拌时间为10min；
(4)向B液中加入氯化钠水溶液搅拌溶解配成C液，其中B液和氯化钠水溶液的体积比为5：1，搅拌速率为200rpm，搅拌时间为10min；
(5)将C液转移至水热反应釜，在烘箱中进行水热反应，水热反应温度为160℃，升温速率为3℃/min，保温时间为3h；
(6)将步骤(5)所得产物离心洗涤，顺序为先3次无水乙醇和后3次去离子水离心洗涤，离心力为6800g，离心时间为8min/次；
(7)将步骤(6)所得产物置于烘箱中干燥，烘箱干燥温度为50℃，烘干时间20h，得到氯氧化铋/石墨烯普通异质结。
图1为石墨烯的拉曼光谱特征峰信息。
图2是本发明对比例1制备的氯氧化铋/石墨烯普通异质结SEM图(图2a)和实施例1中制备氯氧化铋/石墨烯二维异质结SEM图(图2b)。通过对比图2a和图2b可以得出，氯氧化铋/石墨烯普通异质结本身容易团聚，氯氧化铋/石墨烯二维异质结表面的氯氧化铋分布均匀，拥有更大光吸收和催化反应的表面积。
图3是对比例1中氯氧化铋/石墨烯普通异质结和实施例1制备的氯氧化铋/石墨烯二维异质结在水溶剂中的Zeta电位，氯氧化铋/石墨烯普通异质结的Zeta电位为-21.10mV略高于氯氧化铋/石墨烯二维异质结的17.15mV，拥有在水溶剂中更好的分散稳定性。
将对比例1制备的氯氧化铋/石墨烯普通异质结和实施例1制备的氯氧化铋/石墨烯二维异质结进行活性氧产量测试和光催化抗菌性能测试：
(A)将对比例1制备的氯氧化铋/石墨烯普通异质结和实施例1制备的氯氧化铋/石墨烯二维异质结进行活性氧产量测试。
将二氯荧光素加入到50mg/mL的氯氧化铋/石墨烯普通异质结或氯氧化铋/石墨烯二维异质结水溶液中，混合液中二氯荧光素的浓度为10μmol/L，在黑暗环境中，采用100W氙灯照射20min，检测混合溶液受488nm激发光激发在525nm处的荧光强度，荧光强度可以代表活性氧产量。图4是活性氧产量图，在光照20min后，氯氧化铋/石墨烯二维异质结活性氧产量是氯氧化铋/石墨烯普通异质结的1.86倍。
(B)将对比例1制备的氯氧化铋/石墨烯普通异质结和实施例1制备的氯氧化铋/石墨烯二维异质结进行光催化抗菌性能测试。
将含有500mg/mL的氯氧化铋/石墨烯普通异质结或氯氧化铋/石墨烯二维异质结与5×107CFU/mL革兰氏阳性细菌金黄色葡萄球菌(ATCC25923)或革兰氏阴性细菌大肠杆菌(ATCC25922)的生理盐水溶液在500W氙灯照射下，共培养20min。将处理后菌液用生理盐水稀释1×104倍，取50μL涂覆在琼脂平板上，在37℃的培养箱中温育14h，通过平板菌落数计数法确定存活细菌，每组3个平行样。细菌存活率＝N/N0×100％，N为各组样品菌落数，N0为空白对照组(即不加异质结)样品菌落数平均值，抗菌率＝100％-细菌存活率。图5显示出氯氧化铋/石墨烯二维异质结对金黄色萄球菌和大肠杆菌的抗菌率达到了97.70％和98.99％，而氯氧化铋/石墨烯普通异质结对金黄色萄球菌和大肠杆菌的抗菌率只有68.75％和61.20％，氯氧化铋/石墨烯二维异质结对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效率较氯氧化铋/石墨烯普通异质结分别提高了28.95％和37.79％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮加入去离子水中，混合均匀得到石墨烯悬浮液；
(2)将甘露醇和五水硝酸铋溶于去离子水中得到五水硝酸铋溶液，将石墨烯悬浮液加入到五水硝酸铋溶液中，混合均匀后，再加入氯化钠，然后水热反应，结束反应，洗涤，干燥，得到氯氧化铋/石墨烯二维异质结。
2.根据权利要求1所述一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮的质量比为1:0.5～3。
3.根据权利要求1所述一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述甘露醇和五水硝酸铋的质量比为18.00～26.00：18.00～26.00；所述五水硝酸铋和石墨烯的质量比为28～227:1。
4.根据权利要求1所述一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述水热反应的保温温度为140～180℃，反应时间为2～6h。
5.根据权利要求1所述一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述石墨烯在去离子水中浓度为0.8～1mg/mL；步骤(2)所述五水硝酸铋溶液中，甘露醇的浓度为18.00～26.00mg/mL，五水硝酸铋的浓度为18.00～26.00mg/mL。
6.根据权利要求1所述一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述氯化钠以氯化钠水溶液的形式加入，其中氯化钠水溶液与石墨烯五水硝酸铋混合溶液的体积比为1：5～1：8，氯化钠水溶液的浓度为30～300mg/mL。
7.根据权利要求1所述一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述混合均匀指：将石墨烯和聚乙烯吡咯烷酮加入去离子水中，在常温下以300W的功率超声分散15～30min，然后继续搅拌10～30min；所述石墨烯为苏州碳丰科技有限公司提供的物理法少层石墨烯或等同品质的石墨烯；所述聚乙烯吡咯烷酮的K值为28～32。
8.根据权利要求1所述一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述甘露醇和五水硝酸铋加入去离子水中并于150～300rpm下搅拌5～10min使混合均匀；所述石墨烯悬浮液加入到五水硝酸铋溶液中，在150～300rpm下搅拌5～10min，加入氯化钠后在150～300rpm下继续搅拌5～10min；所述洗涤指用无水乙醇和去离子水离心各离心洗涤产物3～5次，离心力为6800g，离心时间为8min/次；所述干燥的温度为50℃，时间18～24h。
9.权利要求1～8任一项所述方法制得的一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结。
10.权利要求9所述一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结在光催化抗菌领域中的应用。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110389073.4A CN113198494A (zh) | 2021-04-12 | 2021-04-12 | 一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结及其制备方法与应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110389073.4A CN113198494A (zh) | 2021-04-12 | 2021-04-12 | 一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结及其制备方法与应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113198494A true CN113198494A (zh) | 2021-08-03 |
Family
ID=77026600
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110389073.4A Pending CN113198494A (zh) | 2021-04-12 | 2021-04-12 | 一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结及其制备方法与应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113198494A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113546171A (zh) * | 2021-08-05 | 2021-10-26 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种光疗纳米抗菌材料及其制备方法和应用 |
| CN115739131A (zh) * | 2022-10-17 | 2023-03-07 | 河南师范大学 | 一种超薄BiOCl@Bi2S3@Cu2S异质结纳米片及其制备方法和应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104001495A (zh) * | 2014-06-06 | 2014-08-27 | 河南师范大学 | 一种氯氧化铋/石墨烯复合可见光催化剂的制备方法 |
| CN106040269A (zh) * | 2016-05-30 | 2016-10-26 | 上海师范大学 | 一种BiOI‑还原石墨烯复合光催化剂的制备方法及应用 |
| CN107983386A (zh) * | 2017-12-01 | 2018-05-04 | 江苏理工学院 | 一种超薄BiOCl/氮掺杂石墨烯量子点复合光催化剂及制备方法 |
| CN109078654A (zh) * | 2018-08-03 | 2018-12-25 | 沈阳理工大学 | PVP改性石墨烯负载BiOCl光催化剂及其制备方法 |
| CN111701602A (zh) * | 2020-06-09 | 2020-09-25 | 华东师范大学 | 一种复合催化剂及制备方法和其应用 |
-
2021
- 2021-04-12 CN CN202110389073.4A patent/CN113198494A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104001495A (zh) * | 2014-06-06 | 2014-08-27 | 河南师范大学 | 一种氯氧化铋/石墨烯复合可见光催化剂的制备方法 |
| CN106040269A (zh) * | 2016-05-30 | 2016-10-26 | 上海师范大学 | 一种BiOI‑还原石墨烯复合光催化剂的制备方法及应用 |
| CN107983386A (zh) * | 2017-12-01 | 2018-05-04 | 江苏理工学院 | 一种超薄BiOCl/氮掺杂石墨烯量子点复合光催化剂及制备方法 |
| CN109078654A (zh) * | 2018-08-03 | 2018-12-25 | 沈阳理工大学 | PVP改性石墨烯负载BiOCl光催化剂及其制备方法 |
| CN111701602A (zh) * | 2020-06-09 | 2020-09-25 | 华东师范大学 | 一种复合催化剂及制备方法和其应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| LI, WEI，ET AL.: "Novel BiOCl/TiO2 hierarchical composites: Synthesis, characterization and application on photocatalysis", 《APPLIED CATALYSIS A-GENERAL》 * |
| VAHID MAHMOODI，ET AL.: "PVP assisted synthesis of high efficient BiOI/Graphene oxide nanohybrid and its photocatalytic performance in degradation of organic dye pollutants", 《SOLAR ENERGY》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113546171A (zh) * | 2021-08-05 | 2021-10-26 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 | 一种光疗纳米抗菌材料及其制备方法和应用 |
| CN115739131A (zh) * | 2022-10-17 | 2023-03-07 | 河南师范大学 | 一种超薄BiOCl@Bi2S3@Cu2S异质结纳米片及其制备方法和应用 |
| CN115739131B (zh) * | 2022-10-17 | 2023-11-14 | 河南师范大学 | 一种超薄BiOCl@Bi2S3@Cu2S异质结纳米片及其制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101731272B (zh) | 一种抗菌纳米银溶胶的制备方法 | |
| CN113198494A (zh) | 一种光催化抗菌氯氧化铋/石墨烯二维异质结及其制备方法与应用 | |
| CN114306382B (zh) | 一种铜基纳米酶及其制备方法和应用 | |
| CN113813381B (zh) | 一种溶菌酶负载硫化铜纳米酶复合材料的合成方法及其光热催化协同杀菌应用 | |
| CN111978555B (zh) | 一种三元金属有机框架杀菌材料及其制备方法和应用 | |
| CN101167451A (zh) | 一种沸石基复合抗菌材料及其制备方法 | |
| CN112056310B (zh) | 一种dfns负载碳量子点/二硫化钼量子点及其制备方法和应用 | |
| CN110051837B (zh) | 一种CuO/ZnO/Au纳米粒子及其制备方法和应用 | |
| CN112472863B (zh) | 负离子功能芯片、制备方法及负离子卫生巾 | |
| CN106348349B (zh) | 一种高比表面空心结构四氧化三钴及其合成方法和应用 | |
| CN105724372B (zh) | 一种负载型ZnO抗菌复合材料及其制备方法 | |
| CN111170292B (zh) | 一种纤维相红磷纳米粒子的制备方法及其应用 | |
| CN110339836A (zh) | 一种棒状CuxO光催化材料及其制备方法与应用 | |
| CN113234436A (zh) | 一种近红外碳量子点/二氧化硅复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN115068605B (zh) | 一种Ag2S@TCPP-UiO-66-NH2光响应纳米抗菌材料及其制备方法和应用 | |
| CN114288406B (zh) | 一种Zn-MOF@Ti3C2Tx杂化材料及其制备方法、应用 | |
| US11534376B2 (en) | Antibacterial deodorant containing titanium dioxide photocatalyst | |
| CN111066784A (zh) | Ag/AgCl/纤维素复合抗菌材料及其制备方法和应用 | |
| CN106719817A (zh) | 氧化钇‑三氧化二铁复合纳米抑菌材料 | |
| CN108249420A (zh) | 一种带正电的碳点及其制备方法和应用 | |
| CN108212223A (zh) | 新型无毒无害二氧化钛石墨烯光催化材料的制备方法 | |
| CN113841708B (zh) | 一种硫化银/二硫化钼/酸化凹凸棒石纳米复合光驱动抗菌材料及其制备方法和应用 | |
| CN109964957A (zh) | 一种Cu2O/Ag纳米抗菌材料的绿色制备方法 | |
| CN115606606A (zh) | 新型金属多酚网络负载金属氧化物抗菌纳米粒子、制备方法及应用 | |
| CN112715573A (zh) | 一种抑菌性好的介孔核壳微球的制备方法 |
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 | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210803 |