钼基光热纳米材料的构筑及水体杀菌性能研究

作     者：边思慧 

作者单位：东北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姜婷婷

授予年度：2024年

学科分类：07[理学] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 080501[工学-材料物理与化学] 0815[工学-水利工程] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：碳化钼 光热转换 水体杀菌 纳米材料 

摘      要：获取安全和相对廉价的清洁水资源对于可持续发展至关重要。传统的水消毒方式,比如氯化处理和臭氧杀菌,存在消毒副产物;紫外杀菌,存在消毒不彻底问题;加热煮沸,有能耗较高的问题。利用材料光热转换产生能量进行杀菌的方式,使水消毒过程相对廉价和环保。因此高性能光热杀菌材料的研究具备工程意义。 MoS2和MoO3-x等材料的光热杀菌性能已经开始被研究。但是钼基化合物中还有部分材料其光热杀菌性能的研究处于空白,碳化钼是其中之一。碳化钼有类似于贵金属的d层电子结构,具有类似于铂族金属的性能,因此具备光热性能相关的研究前景。本论文围绕碳化钼光热纳米材料的构筑,及其水体杀菌性能展开研究。主要的研究内容如下:在α-Mo C1-x@CB材料上生长Fe3O4晶体。通过调控其制备条件,探究最佳负载比例的α-Mo C1-x@CB-Fe3O4-x材料。对α-Mo C1-x@CB-Fe3O4-7材料进行基本表征和光热性能测试。以大肠杆菌（***）为革兰氏阴性菌的代表细菌,以金黄色葡萄球菌（***）为革兰氏阳性菌代表细菌进行光热杀菌性能测试。并检测光照过程中活性物质的生成情况,观察细菌微观状态分析材料水体杀菌过程的机制。 通过调节实验条件,制备出了具有大比表面积、丰富的薄层形态、具有磁性和高光吸收性能的α-Mo C1-x@CB-Fe3O4-7材料。100μg/m L的α-Mo C1-x@CB-Fe3O4-7水分散液:在808 nm近红外光照射10 min下,可以从室温开始升温50.1℃;在灯光开启-关闭3 min的6次循环中,材料可以保持良好的稳定性;光热转换效率为30.36%。808 nm近红外光照射10 min含有50μg/m Lα-Mo C1-x@CB-Fe3O4-7材料的细菌分散液可以实现99%的杀菌效果,并且对于***和***的杀伤效果趋势一致,说明其具有新型水体杀菌材料的应用潜力。 本文进一步讨论了入射光照射下,材料的杀菌机理。α-MoC1-x@CB-Fe3O4-7材料具有多种杀菌机制协同的杀菌效果。类似于植物腺毛捕获昆虫的过程,α-Mo C1-x@CB-Fe3O4-7材料大的比表面积、薄的片层边缘以及表面的孔隙结构有利于其与细菌的接触。所以在近红外光照射10 min条件下,50μg/m Lα-Mo C1-x@CB-Fe3O4-7材料可以通过与游离的、动态的细菌接触,然后通过热杀菌和活性物种协同杀菌。本文通过研究碳化钼基纳米材料的构筑及杀菌性能,旨在推进新型水体杀菌材料的工程应用。