一种层状纳米硫化物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种层状纳米硫化物，其中掺杂有氮元素。本发明专利技术还提供了所述层状纳米硫化物的制备方法及其在制备抗菌材料中的应用。本发明专利技术提供的层状纳米硫化物在保留原有纳米材料特性的基础上显著提高了抗菌性能，可用于抗菌材料、抗菌制剂等。本发明专利技术提供的制备方法仅需“水热插层”+“超声破碎”两步即可完成，操作简便，制备时间短，条件温和、环保，产物的产率明显得到了提高，十分适合大规模的二维层状类石墨烯过渡金属硫化物纳米材料的制备，为其合成和应用提供了基础。

A Layered Nanosulfide and Its Preparation and Application

The invention provides a layered nanosulfide, in which nitrogen element is doped. The invention also provides a preparation method of the layered nanosulfide and its application in the preparation of antimicrobial materials. The layered nanosulfides provided by the invention can remarkably improve the antimicrobial performance on the basis of retaining the characteristics of the original nanomaterials, and can be used for antimicrobial materials, antimicrobial agents, etc. The preparation method provided by the invention can be completed in only two steps of \hydrothermal intercalation\+ \ultrasonic crushing\. The operation is simple, the preparation time is short, the conditions are mild and environmental protection, and the yield of the product is obviously improved. It is very suitable for the preparation of large-scale two-dimensional layered graphene transition metal sulfide nanomaterials, and provides a basis for its synthesis and application.

【技术实现步骤摘要】
一种层状纳米硫化物及其制备方法和应用
本专利技术涉及纳米材料领域，具体涉及一种层状纳米硫化物及其制备方法和应用。
技术介绍
纳米级的硫化钼(MoS2)是一种典型的类石墨烯二维过渡金属硫化物(TMDs)，它具有独特的物理化学性质，从而在催化、电池、光电器件等领域有着广泛的应用。从2013年开始，纳米MoS2在生物医学领域中的应用也备受关注，这主要归因于其独特的优势如：比表面积大易于药物负载、高的近红外光热转换效率、硫键暴露在外且具有硫空位而易于表面物理和化学修饰等。目前为止，层状纳米MoS2在光热抗肿瘤、基因治疗、生物大分子检测以及抗菌方面均获得了一系列的研究进展。纳米MoS2进行广泛生物医学应用研究的关键前提是得到高产率且尺寸可控的MoS2纳米片。目前，合成纳米MoS2的方法主要有：机械剥离法、液相-插层-剥离法、离子插层-剥离法、离子交换剥离法、氧化剥离法、化学气相沉积(CVD)及水热合成法等。不同方法得到的MoS2纳米片的结构不同，从而决定了其应用领域的不同。其中，液相-插层-剥离法和水热合成法容易得到产率较高的单层或多层MoS2纳米片，因此，在生物医学研究方面，液相-插层-剥离法和水热合成法最常用。液相-插层-剥离法中，一般选择接近MoS2表面张力的有机溶剂或表面活性剂/聚合物溶液以减弱其层与层之间的相互作用力，从而进行有效的剥离。为了满足生物医用的要求，有研究报道，利用生物聚合物(例如，具有疏水片段的牛血清白蛋白(BSA))进行液相剥离不仅可以提高纳米MoS2的片层产率，而且可以提高该材料的生物相容性。然而，使用生物聚合物的液相剥离很耗时且剥离所得MoS2纳米片的产率还是相对较低，均没有高于65％。因此，迫切需要开发一种简单、高效的液相-插层-剥离法并高产率制备尺寸可控的MoS2纳米片及其类似硫化物纳米片，以开拓纳米硫化物的研究和应用。
技术实现思路
为克服现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的一个目的是提供一种层状纳米硫化物。本专利技术的另一个目的是提供所述层状纳米硫化物的制备方法。本专利技术的还一个目的是提供所述层状纳米硫化物的应用。本专利技术提供的层状纳米硫化物为过渡金属硫化物，其中掺杂有氮(N)元素。本专利技术提供的层状纳米硫化物可以为单层或多层的纳米片，尺寸可控，平均直径可以为10～200nm，具有常规层状纳米硫化物的物化性质以及生物活性，尤其适合应用于生物医学领域。本专利技术提供的层状纳米硫化物中，N元素的掺杂量可以进行调控。优选地，N元素的掺杂量按质量比可以为层状纳米硫化物总质量的1～20％。本专利技术提供的层状纳米硫化物中，形成硫化物的过渡金属可以包括钼(Mo)、钨(W)、钒(V)等，也可以为其他种类的过渡金属。本专利技术提供的层状纳米硫化物的一个实施方式中，为N元素掺杂的MoS2，N掺杂量按质量比可以为掺杂的MoS2总质量的10～30％；本专利技术提供的层状纳米硫化物的一个优选实施方式中，为N元素掺杂的MoS2，N掺杂量按质量比可以为掺杂的MoS2总质量的15～20％。本专利技术提供的层状纳米硫化物的另一个实施方式中，为N元素掺杂的WS2，N掺杂量按质量比可以为掺杂的WS2总质量的0.5～5％；本专利技术提供的层状纳米硫化物的另一个优选实施方式中，为N元素掺杂的WS2，N掺杂量按质量比可以为掺杂的WS2总质量的1～3％。本专利技术提供的层状纳米硫化物优选为单层的纳米片，单层平均厚度可以为0.6～0.8nm。本专利技术还提供了所述层状纳米硫化物的制备方法，包括以下步骤：S1：将块状硫化物与尿素混合，在160～200℃下水热处理10～20小时；以及S2：将经步骤S1处理后的所述块状硫化物进行超声破碎即制得所述层状纳米硫化物。本专利技术提供的制备方法以块状硫化物为原料，仅需“水热插层”+“超声破碎”两步即可完成。步骤S1的水热处理过程中，180℃以下尿素的分解过程可如下式表示：CO(NH2)2→NH3↑+HCNO180℃以上尿素分解的过程可如下式表示：6CO(NH2)2→C3H6N6+6NH3↑+3CO2↑尿素分解产生的NH3、CO2可对硫化物块体进行“插层”，插层过程中的NH3同时对硫化物进行了氮掺杂，该插层过程绿色环保，避免了传统电化学锂电插层过程中副产物氢气的产生，也避免了真空手套箱等复杂设备的使用，步骤简单，条件易控。而且，尿素分解产生的其他产物也不会影响硫化物本身的物化性质。步骤S2在前述插层的基础上，结合超声破碎，可有效剥离硫化物块体，超声时间相比于常规技术(通常为3～30小时)可大大缩短。通过前述液相-插层和剥离的有效结合，本专利技术的制备方法能使层状纳米硫化物的产率明显得到提高。本专利技术提供的制备方法中，尿素的用量按质量可以为所述块状硫化物的1～4倍。优选地，尿素的用量按质量可以为所述块状硫化物的1～2倍。本专利技术提供的制备方法中，步骤S1可以包括以下过程：将块状硫化物与尿素分散于水中，然后进行水热处理；其中，尿素在水中的浓度可以为0.1～5mg/mL。本专利技术提供的制备方法中，步骤S1之后还可以包括：将水热处理后的块状硫化物分离并水洗。本专利技术提供的制备方法中，步骤S2中，超声破碎的处理时间可以为30～150min，例如，可以为45min、90min或135min。本专利技术提供的制备方法中，块状硫化物可以为商业化产品，也可以为根据现有方法自行制备的产物，还可以为根据现有方法改性后的产物。优选地，块状硫化物在使用之前进行研磨至较小体积。本专利技术提供的制备方法也可以应用至其他种类的层状纳米材料制备中，例如，纳米硒化物，可包括硒化钼、硒化钨等。本专利技术还提供了所述层状纳米硫化物在制备抗菌材料中的应用。本专利技术提供的层状纳米硫化物由于掺杂了N元素，取得了非常优异的抗菌效果，明显优于未掺杂的纳米硫化物，因此，本专利技术提供的层状纳米硫化物可用于制备抗菌材料。本专利技术还提供了一种抗菌材料，其包括本专利技术以上技术方案之一所述的层状纳米硫化物作为抗菌活性成分。本专利技术提供的抗菌材料中，抗菌活性成分(即本专利技术所述的层状纳米硫化物)的用量可以为25μg/mL以上，例如，可以为50～500μg/mL，又例如，可以为50～200μg/mL。本专利技术涉及的抗菌材料可以为抗细菌的抗菌材料，优选为革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌，例如，大肠杆菌、枯草杆菌等。本专利技术涉及的抗菌材料可以为用于任意领域的抗菌材料，尤其可以为生物医学领域的抗菌制剂、卫生用品、医用材料、检测试剂等，包括但不限于医药制剂(例如，药物、消毒剂、清洁剂等)、药物载体、生物检测试剂、医用植入材料等。本专利技术涉及的抗菌材料可以单独使用，也可与其他抗菌制剂、抗菌材料联合使用，还可以用来改性或改造其他材料、制剂，或被其他材料、制剂改性或改造。本专利技术涉及的抗菌材料不仅具备抗菌作用，还同时具有纳米硫化物的其他特性，因此可在用于抗菌材料的同时用于其他领域(例如，NIR光热疗法、基因治疗等医疗领域，生物传感器领域，生物催化领域等)，或用作多性能纳米材料。本专利技术提供的N掺杂层状纳米硫化物在保留原有纳米材料特性基础上显著提高了抗菌性能，具有优异的细菌杀伤效果，可用于抗菌材料、抗菌制剂之中，扩展了抗菌材料、抗菌制剂的种类和应用。本专利技术提供的制备方法是一种新型的液相-插层-剥离方法，仅需两步即可完成，操作简便，制备时间短，条件温和、环保，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种层状纳米硫化物，其为过渡金属硫化物，其特征在于，所述纳米硫化物中掺杂有氮元素。

【技术特征摘要】
1.一种层状纳米硫化物，其为过渡金属硫化物，其特征在于，所述纳米硫化物中掺杂有氮元素。2.根据权利要求1所述的层状纳米硫化物，其特征在于，所述氮元素的掺杂量按质量比为所述层状纳米硫化物总质量的1～20％。3.根据权利要求1或2所述的层状纳米硫化物，其特征在于，所述过渡金属选自钼、钨、钒中的一种或多种。4.根据权利要求1-3任一项所述的层状纳米硫化物，其特征在于，所述层状纳米硫化物为单层。5.权利要求1-4任一项所述层状纳米硫化物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将块状硫化物与尿素混合，在160～200℃下水热处理10～20小时；...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹文艳，王涛，谷战军，赵宇亮，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11