[发明专利]一种三元异质结光催化抗菌材料及制备方法

说明书

本发明涉及一种三元异质结光催化抗菌材料及制备方法，该材料为基于黑磷/聚合物碳量子点/二硫化钼的三元异质结光催化抗菌材料，其制备方法包括以下步骤：将壳聚糖溶解在去离子水中，加入NaOH，然后进行水热反应，离心分离，得到上层清液为壳聚糖聚合物碳量子点溶液；将钼酸钠和硫脲分别加入去离子水中，加入聚乙烯吡咯烷酮，再加入壳聚糖聚合物碳量子点溶液，进行水热反应，获得碳量子点修饰的二硫化钼；取黑磷原材料置于无水乙醇中超声分散得到黑磷分散液；将碳量子点修饰的二硫化钼与黑磷分散液混合，煅烧，即得到三元异质结光催化抗菌材料。本发明制备的材料可见光利用率高、光生电子和空穴复合率低、成本低、光催化抗菌性能优越。

技术领域

本发明涉及无机材料合成技术领域，具体涉及一种三元异质结光催化抗菌材料及制备方法。

背景技术

半导体光催化材料会在光照下产生光生电子和空穴(h⁺)，在有水和空气参与的条件下，会生成超氧自由基(·O^2-)和羟基自由基(·OH)等。在这个过程中产生的活性基团h⁺、·O^2-、和·OH等能够通过氧化作用破坏细菌的细胞膜，从而导致细菌体内的组成物质泄露，最终使其失活，达到抗菌的目的。然而，传统的光催化材料存在可见光利用率低，光生电子和空穴复合严重，抗菌效果差的缺点。例如，传统的TiO₂和ZnO光催化抗菌材料对可见光的利用率低，仅能利用太阳光中的少部分紫外光，光生电子-空穴对复合严重，造成抗菌效果差。二维材料具有独特的层状结构，高载流子迁移率和显著的面内各向异性的电子特性。其中，二维黑磷具有可调带隙，带隙可通过改变层数从0.3eV调整到2.0eV，另外，与常用的光催化剂(如TiO₂、CdS和g-C₃N₄等)相比，黑磷纳米片在可见光和近红外区域表现出更广泛和更强的光吸收能力。二硫化钼(MoS₂)因其低成本和高活性常被用作助催化剂，被认为是替代贵金属的最佳选择。更重要的是，MoS₂具有类似黑磷的二维结构，两者可以结合形成大的接触界面，从而为光生电荷转移提供充足的通道。然而，由于此两种材料的高光生电子和空穴的复合率，严重影响光生电子和空穴发挥抗菌作用。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题及不足，提供一种三元异质结光催化抗菌材料及制备方法。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：一种三元异质结光催化抗菌材料，该材料为基于黑磷/聚合物碳量子点/二硫化钼的三元异质结光催化抗菌材料。

一种三元异质结光催化抗菌材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、先取壳聚糖原材料，将壳聚糖溶解在去离子水中，加入NaOH，形成壳聚糖水溶液，然后将壳聚糖水溶液加入水热反应釜中进行水热反应，反应完成后，放至室温，离心分离，得到上层清液为壳聚糖聚合物碳量子点溶液，备用；

步骤二、将钼酸钠和硫脲分别加入去离子水中，形成水溶液，向水溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮，再加入步骤一得到的壳聚糖聚合物碳量子点溶液，进行水热反应，反应完成后放至室温，离心分离，并分别用去离子水和无水乙醇洗涤，干燥后获得碳量子点修饰的二硫化钼，备用；

步骤三、取黑磷原材料，并置于无水乙醇中进行超声分散，通过调整超声功率和时间获得具有不同层数、带隙不同的黑磷分散液，备用；

步骤四、将步骤二获得的碳量子点修饰的二硫化钼与步骤三获得的黑磷分散液充分混合，在真空条件下干燥后，再在氩气保护条件下进行煅烧，即得到基于黑磷/聚合物碳量子点/二硫化钼的三元异质结光催化抗菌材料。

作为本发明一种三元异质结光催化抗菌材料的制备方法的进一步优化，步骤一中每2g壳聚糖溶解于20-40ml的去离子水中，并加入0.01-0.1gNaOH进行水热反应。