铜锌复合氧化物的制备及抗菌性能研究

来源 :河北工业大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:xiaoquan1234
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氧化锌是优良的抗菌剂,其抗菌作用主要是基于金属离子的溶出和光催化效应,但光谱响应范围窄是其应用领域受到限制的主要原因。研究表明,添加金属离子可提高氧化锌的光催化效果,稀土掺杂可作为优良的助催化剂,在此基础上,本文采用超声波辅助自蔓延溶胶-凝胶法、对氧化锌进行铜离子和铈离子共掺杂制备铜锌复合氧化物(Ce-Cu/ZnO)。通过综合热分析(TG-DTA)、X-射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-Vis)、光致发光(PL)等测试仪器,研究了复合材料的物相组成、微观结构、光吸收效率等。实验选取大肠杆菌为作用对象,通过光源、热处理温度、溶剂、铜含量、铈掺杂量等对抗菌性能的影响分析,探讨复合材料Ce-Cu/ZnO的抗菌机理。实验结果表明:  当铜含量为5 mol%,制备的铜锌氧化物Cu/ZnO样品经SEM形貌观察,颗粒呈球形,尺寸为30~50 nm,制备溶剂中醇水比为1:1时产物的粒径最小,约为30 nm,大肠杆菌抑菌率达到95.37%;当铜、铈掺杂量分别为5 mol%和0.10 mol%、热处理温度为500℃、醇水比为1:1时,在波长为400~700 nm光照下,制备的Ce-Cu/ZnO复合材料大肠杆菌抑菌率提高至99.32%,同时具有良好的抗菌耐久性。  共掺杂使复合氧化物大肠杆菌抑菌率提高4.1%,其抗菌机理主要是铜和铈离子的加入使氧化锌形成了新能级,不仅降低了其光激发能量,拓宽了可见光响应范围,同时Ce3+/Ce4+还可作为光生电子和空穴的捕获阱,大大降低了载流子的复合率。大量分离的电子和空穴在材料表面与溶液中的H2O和O2发生氧化还原反应,产生的羟基自由基、活性氧以及双氧水等氧化能力极强的活性物质可破坏细菌的细胞壁、细胞膜,从而抑制细菌的生长繁殖,增强了Ce-Cu/ZnO的抗菌性能。
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