黑磷复合材料、抗菌纳米纤维材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及改性纳米材料技术领域，尤其涉及一种黑磷复合材料、抗菌纳米纤维材料、制备方法及应用，所述黑磷复合材料包括黑磷纳米片BPNs和缺氧氧化钨WO3‑

【技术实现步骤摘要】
黑磷复合材料、抗菌纳米纤维材料、制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及改性纳米材料
，尤其涉及一种黑磷复合材料，包括黑磷复合材料的抗菌纳米纤维材料、材料的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]细菌感染所引起的危害对全球经济和人类健康产生了巨大影响。历史上的几次大规模鼠疫暴发和传染病都与病原菌的传播密切相关。因此随着人们健康保护意识的提高，人们对口罩(含N95级)和衣服的要求不再局限于身体屏障、体温等基本需求。如何赋予纤维和织物抗菌性能已成为现今社会关注的焦点。
[0003]在人们生活中纤维凭借其弹性模量大、塑性形变小、强度高等特点占据着越来越重要的位置，尤其是人们的穿着，像衣服、口罩等均离不开纤维。但是纤维产品因为其多孔结构和高分子聚合物的化学结构利于微生物附着，使此类纤维产品成为微生物生存、繁殖的良好寄生体，这对人体健康具有一定的危害。因此如何使纤维具备抗菌性能成为人们研究重点。
[0004]一种简单而有效的策略是通过物理掺杂或化学结合来加入杀菌剂制备杂化纳米纤维。目前作为掺杂剂的杀菌剂主要包括季铵化合物、N
‑
卤胺、抗菌肽、贵金属纳米粒子和金属氧化物等。但是这些杀菌剂对各类细菌缺乏广谱的灭杀效果。
[0005]光敏剂(PS)已成为抗菌应用的主要成员，通过利用光的可控性和可以忽略的耐药性及对细菌的广谱性进行高效抗菌。PS在光照下可进行光热疗法(PTT)抗菌，即近红外(NIR)光被PS转化为局部热，用于病菌抑制。同时PS在光照下也可产生有毒活性氧(ROS)可以迅速与广谱微生物(包括革兰氏阳性和阴性细菌、真菌以及衣壳和脂膜病毒)反应，杀灭病菌，显著降低进一步感染的风险。ROS主要包括单线态氧(1O2)、超氧阴离子自由基(
·
O2‑
)和羟基自由基(
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OH)，1O2在空气中的扩散距离(2
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3.5mm)远大于在水中的扩散距离(300nm)，这使得PS固定化涂层和纺织品通过产生1O2获得远程灭活空气中细菌和病毒的能力。此外
·
OH被认为是微生物失活和污染降解的最强氧化物。但到目前为止，大多数能够产生1O2和
·
OH的PS都需要紫外光或蓝光来激发，如TiO2、ZnO和SnWO4，然而紫外光或蓝光有可突变诱导、穿透性低、自然环境占比少等缺点。因此，获得在可见光下可产生1O2和
·
OH的PS作为抗菌剂引起了人们的极大兴趣。
[0006]在已报道的材料中，黑磷纳米片(BPNs)因其独特的化学和物理性质而引起了人们极大的兴趣。基于BPNs高载流子迁移率、可调的光学吸收和带隙从块状0.3eV到单层2.0eV不等的诸多特点，在理论和实验上BPNs都被证明在光驱动的能量转换过程中具有巨大的潜力。值得注意的是，已有研究发现BPNs具有新颖的电子能带结构，可导致显著增强的自能修正和激子效应并含有亚带结构，这样的性质使得BPNs可在光催化中产生ROS，即可通过可见光和紫外光的激发分别产生1O2和
·
OH。在光催化中，通常采用构筑异质结，实现空穴和电子的有效分离，提升光催化性能。异质结分为I型异质结、II型异质结、Z型异质结、S型异质结等类型，在黑磷的研究中，均有相关异质结类型研究。但一般来说，BPNs的表面和边缘容易
被O2和H2O氧化，导致结晶度下降。

技术实现思路

[0007]本专利技术为解决上述问题，提供一种黑磷复合材料以及包括黑磷复合材料的抗菌纳米纤维材料，同时，还提供材料的制备方法及应用。
[0008]本专利技术提供一种黑磷复合材料，所述黑磷复合材料包括黑磷纳米片BPNs和缺氧氧化钨WO3‑
x
，所述黑磷纳米片BPNs的表面包覆有丙烯酸酯PDDA，，所述丙烯酸酯PDDA用于调节所述黑磷纳米片BPNs的电位数据；所述黑磷纳米片BPNs和所述缺氧氧化钨WO3‑
x
之间形成异质结。
[0009]优选的，所述质结为Z型异质结。
[0010]本专利技术所提供的黑磷复合材料掺杂于纤维中，可获得优异的抗菌纤维，应用于各种不同的抗菌场景。
[0011]本专利技术提供一种上述黑磷复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：
[0012]S1、制备所述丙烯酸酯PDDA包覆所述黑磷纳米片BPNs所形成的黑磷丙烯酸酯BPP；
[0013]S2、制备所述缺氧氧化钨WO3‑
x
；
[0014]S3、通过将所述黑磷丙烯酸酯BPP与所述缺氧氧化钨WO3‑
x
混合，制得黑磷复合材料BPPW。
[0015]优选的，所述黑磷丙烯酸酯BPP通过液体剥离法制备得到。
[0016]优选的，所述液体剥离法包括步骤：
[0017]S11、将丙烯酸酯PDDA溶液加入无氧水中，超声分散，得到第一溶液；
[0018]S12、将黑磷分散于所述第一溶液中，得到第一混悬液；
[0019]S13、将所述第一混悬液超声，得到第二混悬液；将所述第二混悬液在冰浴中超声分散，得到第三混悬液；
[0020]S14、将所述第三混悬液进行离心分散，收集上清液；将所述上清液进行离心分离，得到第一沉淀物，将所述第一沉淀物重新悬浮在无氧水中，得到所述黑磷丙烯酸酯BPP。
[0021]优选的，所述制备所述缺氧氧化钨WO3‑
x
的步骤包括：
[0022]S21、将氯化钨溶于正丁醇，超声溶解，溶液由黄色转为蓝色，继续搅拌，得到第二溶液；
[0023]S22、将所述第二溶液加入聚四氟乙烯反应釜中，高温反应后冷却至室温，得到第四混悬液；
[0024]S23、将所述第四混悬液进行离心分离，弃掉上清液，得到第二沉淀物；
[0025]S24、用第一溶剂洗涤所述第二沉淀物，再用第二溶剂洗涤所述第二沉淀物，干燥，得到WO3‑
x
粉末。
[0026]优选的，所述制得黑磷复合材料BPPW的步骤包括：
[0027]S31、将S2中制得的所述黑磷丙烯酸酯BPP制备为第五混悬液；在所述第五混悬液中加入WO3‑
x
，得第六混悬液；
[0028]S32、将所述第六混悬液离心分离，弃掉上清液，得到第三沉淀物，用第一溶剂洗涤所述第三沉淀物，再用第二溶剂洗涤所述第三沉淀物，干燥，得到灰蓝色黑磷复合材料BPPW
粉末。
[0029]本专利技术还提供一种抗菌纳米纤维材料，所述抗菌纳米纤维材料还包括黑磷复合材料及热塑性聚氨酯TPU，所述黑磷复合材料为上述的黑磷复合材料。
[0030]本专利技术还提供一种上述的抗菌纳米纤维材料的制备方法，所述制备方法包括步骤：
[0031]S4、将所述热塑性聚氨酯TPU制备为纺丝液，将上述的黑磷复合材料加入所述纺丝液中，制得所述抗菌纳米纤维材料BPPWT。
[0032]另外，本专利技术还提供上述的抗菌纳米纤维材料的应用，所述抗菌纳米纤维本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种黑磷复合材料，其特征在于，所述黑磷复合材料包括黑磷纳米片BPNs和缺氧氧化钨WO3‑
x
；所述黑磷纳米片BPNs的表面包覆有丙烯酸酯PDDA，所述丙烯酸酯PDDA用于调节所述黑磷纳米片BPNs的电位数据；所述黑磷纳米片BPNs和所述缺氧氧化钨WO3‑
x
之间形成异质结。2.如权利要求1所述的黑磷复合材料，其特征在于，所述异质结为Z型异质结。3.一种如权利要求1或2所述的黑磷复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：S1、制备所述丙烯酸酯PDDA包覆所述黑磷纳米片BPNs所形成的黑磷丙烯酸酯BPP；S2、制备所述缺氧氧化钨WO3‑
x
；S3、通过将所述黑磷丙烯酸酯BPP与所述缺氧氧化钨WO3‑
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混合，制得黑磷复合材料BPPW。4.如权利要求3所述的黑磷复合材料的制备方法，其特征在于，所述黑磷丙烯酸酯BPP通过液体剥离法制备得到。5.如权利要求4所述的黑磷复合材料的制备方法，其特征在于，所述液体剥离法包括步骤：S11、将丙烯酸酯PDDA溶液加入无氧水中，超声分散，得到第一溶液；S12、将黑磷分散于所述第一溶液中，得到第一混悬液；S13、将所述第一混悬液超声，得到第二混悬液；将所述第二混悬液在冰浴中超声分散，得到第三混悬液；S14、将所述第三混悬液进行离心分散，收集上清液；将所述上清液进行离心分离，得到第一沉淀物，将所述第一沉淀物重新悬浮在无氧水中，得到所述黑磷丙烯酸酯BPP。6.如权利要求3所述的黑磷复合材料的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴锡龙，李婷，吴云娣，
申请(专利权)人：海南大学三亚研究院，
类型：发明
国别省市：