碳基纳米复合材料的制备及抗菌性能的研究

作     者：孙桂红 

作者单位：烟台大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王波

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：Cu@Cu2O/C D-NiPO-Cx ZnO/C 抗菌 光催化 

摘      要：由微生物感染引起的传染病对人类健康构成了极其严重的全球性威胁。在实际生活中,病菌侵染也可以引起某些重大的病症,如肺病、溶血性贫血、结肠炎、败血症、心包炎、急性肾功能衰竭等。使用传统抗生素药剂控制病菌的生长与增殖是一种常用的抗菌方法。但是,由于传统抗生素的大量应用,病原菌或病原体通过从头突变或从其他生物体中获取抗性基因,几乎对所有可用的传统抗生素产生了耐药性。因此,开发新的、不容易产生耐药性、高效的抗菌剂是极具吸引力的。本文通过先水热后煅烧的方法成功合成了具有优异抗菌性能的Cu@CuO/C和D-NiPO-C纳米复合材料。采用一步煅烧的方法制备了具有强杀菌性能的ZnO/C纳米复合材料。并研究了其抗菌活性及其工作的机理。本论文的主要研究工作内容如下:(1)使用葡萄糖酸铜通过原位水热策略制备了核壳型Cu@CuO纳米粒子(Cu@CuO/C)修饰的碳纳米片。以所制备的Cu@CuO/C为抗菌样品在黑暗的条件下,12分钟内杀灭大肠杆菌(革兰氏阴性菌)和金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性菌)的杀菌效率分别可达到100%和96.0%。这些纳米片不仅可以有效地锚定Cu@CuO核壳结构纳米粒子,还可以带来更多的边缘活性位点,从而促进自由基的产生。通过改变水热时间,讨论了杀菌效果最好的催化剂的制备条件。优异的抗菌活性归因于·OH自由基的产生和碳纳米片的锋利边缘之间的协同作用,这可能与细菌细胞完整性的破坏和关键成分的功能障碍有关。(2)葡萄糖作为原材料,通过水热的方法合成了直径约为150 nm的碳球。以六水硝酸镍为镍源,采用水热法和磷化法合成了不同碳含量的D-NiPO-C复合材料。在浓度为100 ug/mL的情况下70 W卤化物灯照射60 min,制备的D-NiPO-C(碳球质量为400 mg)对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌效率可达到98.3%和71.9%。在无光照的条件下,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率仅有31.8%和38.6%。D-NiPO-C样品的高性能归因于碳自由基和其他活性物质(O、·OH和·O)的协同作用,这些活性物质是通过光生电子的快速分离和转移形成的。(3)以葡萄糖酸锌为原料,通过管式炉煅烧合成ZnO/C纳米复合材料。ZnO/C纳米复合材料对两种常见的致病菌金黄色葡萄球菌、大肠杆菌具有光增强的抗菌作用。此外,还讨论了不同煅烧温度杀菌效果的差异,并研究了其工作机理。