[發明專利]一種可見光催化納米抗菌材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202011518980.6
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112675890B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 冷冰;郭澍;張興來
• 申請（專利權）人: 中國醫科大學附屬第一醫院
• 主分類號: A01N59/16
• 分類號: A01N59/16;A01N59/00;A01P1/00;B01J27/24;B01J35/02;C02F1/30;C02F1/50;C02F1/70;C02F1/72
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明屬于納米抗菌材料和環境保護領域，特別是指一種可見光催化納米抗菌材料及其制備方法。該抗菌材料是以GaN為主晶格、ZnO固溶的GaN:ZnO四元合金納米顆粒。其中，ZnO的固溶度為23～30at％，禁帶寬度在2.3～2.6eV之間。該納米抗菌材料有著很大的比表面積、合適的能帶結構，在保證較強氧化還原能力的同時還兼具優異的可見光吸收性能。Zn²⁺和Ga³⁺離子的釋放以及光照下所產生的·OH共同導致了細菌細胞壁的破壞，從而可以有效殺死細菌。本發明通過控制形核溫度、氣流場以及反應物獲得了高結晶質量、單相的四元合金材料，解決了目前光催化抗菌材料光響應波段窄、抗菌效率低、抗菌普適性差，以及光催化降解有機物效果差等問題。

技術領域

本發明屬于納米抗菌材料和環境保護領域，特別是指一種可見光催化納米抗菌材料及其制備方法。

背景技術

工業現代化的高速發展帶來了嚴重的環境污染問題，解決環境污染問題是實現人類社會可持續發展的必要條件，其中飲用水的污染問題嚴重影響著人類健康和生活水平。飲用水中的有害微生物會導致各種疾病，特別是傳染病的流行。傳統飲用水的消毒方法是添加消毒劑，但此過程產生的一些消毒副產物對人類的長期健康也有著不同程度的影響。

為了克服傳統飲用水消毒方法的弊端，光催化技術在殺菌消毒方面的研究逐漸進入大家的視野。Matsunaga等人于1985年首次報道了TiO₂光催化滅活大腸桿菌的相關研究成果，開創了光催化技術在消毒領域應用的先河。光催化過程產生的活性基團不僅可殺滅細菌，又不會產生副產物，有效避免了二次污染問題。然而，以TiO₂和ZnO等為代表的金屬氧化物是目前研究最為廣泛的光催化材料，但其光譜響應范圍較窄，只能吸收紫外光，而太陽光只有3％是紫外光。因此，提高太陽能的利用率，開發高效的可見光響應光催化劑對促進光催化技術的應用有著十分重要的意義。

GaN:ZnO四元合金因其可調節的帶隙而受到廣泛關注。隨著ZnO含量的增加，GaN:ZnO四元合金的帶隙可以從3.4eV連續調至2.2eV。雖然GaN:ZnO納米顆粒早已在1994年就被Maida制備出來并顯示出很好的光催化特性，但是制備過程中容易引入雜相，并且Zn在高溫中容易揮發而導致ZnO固溶度較低。同時，其在抗菌領域并未見應用。

發明內容

為了解決現有技術存在的上述問題，本發明的目的在于提供一種可見光吸收范圍廣、抗菌性能好、成本低廉的一種可見光催化納米抗菌材料及其制備方法，并且拓寬其應用領域。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

一種可見光催化納米抗菌材料，該抗菌材料是以GaN為主晶格、ZnO固溶的GaN:ZnO四元合金納米顆粒。

所述的可見光催化納米抗菌材料，ZnO固溶的量在23～30at％之間，GaN:ZnO四元合金納米顆粒的禁帶寬度在2.3～2.6eV之間，粒度在6～120nm。

所述的可見光催化納米抗菌材料的制備方法，具體包括以下步驟：

步驟1：將Ga(NO₃)₃·xH₂O和Zn(CH₃COO)₂·2H₂O混合至乙二醇單甲醚溶液，并添加乙醇胺作為穩定劑，在50～70℃下攪拌1～3小時形成透明膠體，將膠體放置管式爐中在400～500℃下加熱8～12h形成Zn-Ga-O前驅體粉末；