共轭聚合物异质结构的制备及其光致抗菌性能

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目前,世界范围内的水体污染越来越严重。水中常见的污染物有有机偶氮染料、重金属离子、致病微生物等,其中偶氮染料会使水具有高的色度从而破坏生态系统的光合作用,而致病微生物(例如大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和沙门氏菌)在过去几十年中已经导致数百万人死亡。光催化剂作为废水处理中极具应用潜力的一种材料,一直被广泛研究。光催化剂中无机半导体被研究得最多,但无机光催化剂在应用中仍有一些缺点,例如吸收光谱较窄和光生电子-空穴对容易复合。近年来,可见光响应的光催化剂逐渐成为研究热点。有机材料是有潜力的可见光响应材料之一,其具有许多优点,如制备灵活、可见光响应、宽的光吸收谱带、高的吸收系数。近年来,光催化剂在生物领域的应用也逐渐增加。本文以聚苯胺(PANI)和苝酰亚胺(PTCDI)构建了三价铁离子掺杂的PTCDIPANI(Fe(Ⅲ))异质结构,并将其用于降解染料和抗菌实验。此外,我们还对聚吡咯复合材料UCNPs@MSNs-Fe3O4@PPy的潜在应用进行了初步研究,这是一种多功能材料,将用于本课题组后续的光动力与光热治疗研究工作。具体内容为如下:(1)通过自由基聚合制备了聚苯胺,随后进行了Fe3+的掺杂,并用改进的酰胺化反应制备了PTCDI-PANI(Fe(Ⅲ))异质结构。对所制备材料的形貌、化学结构和光电化学性质进行了系统表征,结果表明很好的合成了PTCDI-PANI(Fe(Ⅲ))材料。在可见光照射下,用PANI、PTCDI、PTCDI-PANI、PTCDI-PANI(Fe(Ⅲ))进行了甲基蓝的光催化降解和自由基诱捕实验,结果显示PTCDI-PANI(Fe(Ⅲ))的光催化活性最好,并且聚苯胺的接枝能够显著促进羟基自由基的产生。然后在可见光照射下,分别进行了PTCDI、聚苯胺、PTCDI-PANI(Fe(Ⅲ))对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的灭菌实验,结果显示PTCDI-PANI(Fe(Ⅲ))对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌效果最佳。当PTCDI-PANI(Fe(Ⅲ))浓度为128μg/m L时,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率分别为95.8%和99.3%。PANI(Fe(Ⅲ))接枝能增强PTCDI的光致抗菌性能主要归因于:(a)聚苯胺具有窄的带隙,对可见光也有强烈的吸收;(b)PANI较高的导带位置(-2.1?e V)促进了O2+e-→·OH的反应;(c)PTCDI和PANI之间以酰胺键加强的连接提高了光生电子-空穴对的分离效率;(d)与PTCDI相比,PTCDI-PANI(Fe(Ⅲ))的表面相对粗糙,比表面积更大,改善了细菌粘附;(e)掺杂的三价铁离子起到了导电隧道的作用,促进了聚苯胺和PTCDI之间的电荷转移。最后本文讨论了抗菌的机理,通过对透射电子显微镜中细菌的形貌观察和培养液中钾离子的浓度测量,认为材料的抗菌机理是光催化处理导致细胞壁被破坏的杀伤机制。(2)制备了UCNPs@MSNs-Fe3O4@PPy复合纳米粒子并对其的形貌、组成、结构和磁性进行了表征,初步证实了复合材料UCNPs@MSNs-Fe3O4@PPy被成功的合成,材料的性能满足下一步实验的要求。
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