[發明專利]黑磷復合材料、抗菌納米纖維材料、制備方法及應用

在審

• 申請號: 202211556945.2
• 申請日: 2022-12-06
• 公開（公告）號: CN116084041A
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 吳錫龍;李婷;吳云娣
• 申請（專利權）人: 海南大學;海南大學三亞研究院
• 主分類號: D01F1/10
• 分類號: D01F1/10;D01F6/94;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 長春中科長光知識產權代理事務所(普通合伙) 22218
• 代理人: 陳陶

本發明涉及改性納米材料技術領域，尤其涉及一種黑磷復合材料、抗菌納米纖維材料、制備方法及應用，所述黑磷復合材料包括黑磷納米片BPNs和缺氧氧化鎢WOsubgt;3?x/subgt;，所述黑磷納米片BPNs的表面包覆有丙烯酸酯PDDA，所述黑磷納米片BPNs和所述缺氧氧化鎢WOsubgt;3?x/subgt;之間形成異質結；將黑磷復合材料摻雜于纖維中可獲得優異的抗菌纖維，所述抗菌納米纖維材料包括黑磷復合材料及熱塑性聚氨酯TPU；具有高彈性和高疏水性的性能，制備工藝簡單的特點，有望應用于口罩、服飾、過濾器等與細菌接觸頻繁的織物中；而且，在光照下，抗菌納米纖維材料通過光催化作用和光熱療法聯合發揮高效、便捷的殺菌作用。

技術領域

本發明涉及改性納米材料技術領域，尤其涉及一種黑磷復合材料，包括黑磷復合材料的抗菌納米纖維材料、材料的制備方法及應用。

背景技術

細菌感染所引起的危害對全球經濟和人類健康產生了巨大影響。歷史上的幾次大規模鼠疫暴發和傳染病都與病原菌的傳播密切相關。因此隨著人們健康保護意識的提高，人們對口罩(含N95級)和衣服的要求不再局限于身體屏障、體溫等基本需求。如何賦予纖維和織物抗菌性能已成為現今社會關注的焦點。

在人們生活中纖維憑借其彈性模量大、塑性形變小、強度高等特點占據著越來越重要的位置，尤其是人們的穿著，像衣服、口罩等均離不開纖維。但是纖維產品因為其多孔結構和高分子聚合物的化學結構利于微生物附著，使此類纖維產品成為微生物生存、繁殖的良好寄生體，這對人體健康具有一定的危害。因此如何使纖維具備抗菌性能成為人們研究重點。

一種簡單而有效的策略是通過物理摻雜或化學結合來加入殺菌劑制備雜化納米纖維。目前作為摻雜劑的殺菌劑主要包括季銨化合物、N-鹵胺、抗菌肽、貴金屬納米粒子和金屬氧化物等。但是這些殺菌劑對各類細菌缺乏廣譜的滅殺效果。

光敏劑(PS)已成為抗菌應用的主要成員，通過利用光的可控性和可以忽略的耐藥性及對細菌的廣譜性進行高效抗菌。PS在光照下可進行光熱療法(PTT)抗菌，即近紅外(NIR)光被PS轉化為局部熱，用于病菌抑制。同時PS在光照下也可產生有毒活性氧(ROS)可以迅速與廣譜微生物(包括革蘭氏陽性和陰性細菌、真菌以及衣殼和脂膜病毒)反應，殺滅病菌，顯著降低進一步感染的風險。ROS主要包括單線態氧(¹O₂)、超氧陰離子自由基(·O^2-)和羥基自由基(·OH)，¹O₂在空氣中的擴散距離(2-3.5mm)遠大于在水中的擴散距離(300nm)，這使得PS固定化涂層和紡織品通過產生¹O₂獲得遠程滅活空氣中細菌和病毒的能力。此外·OH被認為是微生物失活和污染降解的最強氧化物。但到目前為止，大多數能夠產生¹O₂和·OH的PS都需要紫外光或藍光來激發，如TiO₂、ZnO和SnWO₄，然而紫外光或藍光有可突變誘導、穿透性低、自然環境占比少等缺點。因此，獲得在可見光下可產生¹O₂和·OH的PS作為抗菌劑引起了人們的極大興趣。

在已報道的材料中，黑磷納米片(BPNs)因其獨特的化學和物理性質而引起了人們極大的興趣。基于BPNs高載流子遷移率、可調的光學吸收和帶隙從塊狀0.3eV到單層2.0eV不等的諸多特點，在理論和實驗上BPNs都被證明在光驅動的能量轉換過程中具有巨大的潛力。值得注意的是，已有研究發現BPNs具有新穎的電子能帶結構，可導致顯著增強的自能修正和激子效應并含有亞帶結構，這樣的性質使得BPNs可在光催化中產生ROS，即可通過可見光和紫外光的激發分別產生¹O₂和·OH。在光催化中，通常采用構筑異質結，實現空穴和電子的有效分離，提升光催化性能。異質結分為I型異質結、II型異質結、Z型異質結、S型異質結等類型，在黑磷的研究中，均有相關異質結類型研究。但一般來說，BPNs的表面和邊緣容易被O₂和H₂O氧化，導致結晶度下降。

發明內容