[发明专利]一种2D/1D异质结光催化剂的制备方法及其在抗菌中的应用

说明书

本发明涉及光催化材料技术领域，具体是一种2D/1D异质结光催化剂的制备方法及其在抗菌中的应用，所述的2D/1D异质结光催化剂的制备方法为：先通过简单煅烧法合成了一种1D多孔In₂O₃纳米管作为支撑半导体，再通过低温油浴工艺在1D多孔In₂O₃纳米管表面上原位生长2D超薄ZnIn₂S₄纳米片，从而构建了一种高效可见光驱动的2D ZnIn₂S_4/1D In₂O₃异质结光催化剂，用于病原微生物灭活。其优点表现在：方法简便、成本低，该法制备得到的材料具有加快光生载流子的分离和迁移速率以及超氧自由基等活性物种的产生的优点，有优异的光催化抗菌活性。

技术领域

本发明涉及光催化材料技术领域，具体地说，是一种2D/1D异质结光催化剂的制备方法及其在抗菌中的应用。

背景技术

在过去的几十年中，由细菌、病毒、真菌等病原微生物引起的生物危害一直是人类面临的一个全球性健康难题，全球每年有数百万人因使用被病原微生物污染的水而遭受多种疾病(如发热、腹泻、瘫痪等)甚至死亡。常规消毒方法(例如紫外线辐射、氯化、高温杀菌、臭氧化、过滤技术等)通常伴随着操作成本高昂、消毒副产物多、产生二次污染等弊端，严重阻碍了它们的工业规模化利用。在这种背景下，我们迫切需要探索一种具有成本效益、清洁、可持续和可靠的水性微生物净化技术。

近年来，半导体光催化技术因其清洁、经济、不产生二次污染、可回收利用并使用清洁太阳能等优点而引起了越来越多的关注。自从1985年首次发现TiO₂半导体通过紫外光激发后可以产生具有高氧化还原能力的活性物种而使大肠杆菌失活以来，人们付出了相当大的努力来提高TiO₂的光催化消毒能力。然而，迄今为止，已报道的TiO₂基光催化剂由于其光响应范围窄(仅响应约占太阳光的5％的紫外光)和电荷载流子的快速复合，仍不能满足实际应用的需求。因此，迫切需要设计和开发一种高效可见光驱动半导体光催化剂用于病原微生物灭活。例如李琦课题组通过在室温下用NaOH水溶液进行合成后蚀刻处理在Bi₂MoO₆纳米片中引入氧空位，得到的Bi₂MoO₆纳米片在可见光照射下能有效降解大肠杆菌，参阅ACSApplied Nano Material，2018年，1期，3565-3578页；然而，单一纯Bi₂MoO₆光催化剂的实际应用因为其光激发产生的电荷载流子的复合效率相对较快而受到限制。迄今为止，已经尝试了许多方法来提高单一催化剂的光催化活性，这其中，用两种复合材料构建异质结被认为是改善单相催化剂光催化性能的有前途的策略。

中国专利申请：201910892982.2公开了一种In₂O₃@ZnIn₂S₄纳米片材料、制备方法及其应用，包括将氧化铟溶于酸性水中得到氧化铟溶液，然后向氧化铟溶液中加入氯化锌、三氯化铟和硫代乙酰胺进行反应，洗涤干燥即得In₂O₃@ZnIn₂S₄纳米片材料，所述的氧化铟、氯化锌、三氯化铟和硫代乙酰胺的摩尔质量比为1:2:2:5。该发明制备的In₂O₃@ZnIn₂S₄纳米片材料，制备时操作简单方便，成本低廉，且所制得的光催化剂材料具有很高的靶向性和降解效率，对地表水中的2,4-二氯苯酚的降解率可达93.2％，而且还可以回收利用，多次使用后仍然具有较高的降解率，大大降低了对2,4-二氯苯酚的处理成本。但该方法是采用水浴方法制备而得，且得到的材料性能没有本发明材料好。