Zn、Co单掺杂及Co-Zn共掺杂TiO2纳米材料协同抗菌效应的研究
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引言工业的飞速发展深刻变革着人们的生活与生产方式。
但其发展过程中的排放问题造成了巨大的环境污染。
因此,有效、安全、能耗低的光催化技术也成为当今的研发热点之一。
纳米二氧化钛是当前光催化技术常用的一种半导体材料。
其具有生物无毒性、高催化活性、成本较低等诸多优点。
但其结构上有一定的缺陷,例如:其禁带宽度为3.2eV、其电子空穴易复合等,这些使得其光催化性能降低。
因此,对二氧化钛进行改性以期改善其处理污水的效果是当今的热点话题之一。
一、二氧化钛光催化原理TiO2的光催化原理如图1所示。
其价带上的电子在吸收足够能量后,跃迁至导带,形成光生电子。
同时,价带上形成空穴,生成空穴——电子对。
空穴与光生电子对在电场的作用下发生分离,一同迁移到TiO2粒子的表面。
其中,空穴可以引发氧化反应,光生电子具有还原性,二者共同作用进而降解污染物。
图 1 二氧化钛光催化原理示意图但TiO2禁带宽度较宽,难以响应可见光;且电子与空穴自身复合率就较高。
以上原因都导致纳米TiO2的催化活性和催化效率较低,难以运用到光催化领域中。
二、纳米二氧化钛的制备1.微波水热法微波有助于加快化学反应,可用微波水热法制备纳米TiO2。
胡能等采用水热法制备了具有光催化活性的纳米TiO2。
继而对其结构、光学吸收与相态等方面进行表征分析,最后得出结论:在紫外光条件下,纳米TiO2能迅速降解废水里的染料等有机物,不仅对环境友好,同时具有高效率、稳定性强、节约能源等优点。
2.溶胶—凝胶法溶胶凝胶法是一种使用时间远超于微波水热法的新方法,其使用优点主要在于高混合性,反应物的分子在形成的凝胶中可以充分混合继而达到更加优秀的催化效果。
并且反应条件并不严苛,无须高温,能耗低,且反应大多数处于纳米状态。
但此法前期造价高昂,且反应时间较长,往往在几天或几周不等。
孙鹏飞等用溶胶—凝胶法合成的改性TiO2拥有较好的光催化性能,其中 Fe3+改性催化剂要优于B3+改性TiO2。
2021,40(2)河南大学学报(医学版)㊃147㊀㊃文章编号:1672-7606(2021)02-0147-05光热纳米材料在抗菌领域的研究进展杨莹莹,冯闪,马陇豫,孙梦瑶,张审,刘超群∗河南大学药学院,河南开封475004摘㊀要:细菌感染威胁着人类健康,特别是耐药菌导致的疾病,临床上的发病率和死亡率极高,如耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(MRSA)是临床上最可怕的致病菌(超级细菌)之一,可导致败血症和急性心内膜炎㊂目前耐药菌的快速变异和新抗生素开发的严重滞后,迫切需要对新型抗菌剂的研究㊂具有光热效应的纳米材料将光能转化为热能,使局部温度升高,可破坏细菌细胞膜㊁导致蛋白质变性㊂因其独特的抗菌机制,产生耐药菌的可能性较小,可以作为抗生素的替代品㊂光热纳米材料分为三类,包括金属类㊁碳类和聚合物类纳米材料㊂本文对近几年来具有光热效应的抗菌纳米材料领域的研究进展进行综述,并讨论其特点及未来的发展方向㊂关键词:纳米材料;光热效应;抗菌活性;金属类纳米材料;碳类纳米材料;聚合物类纳米材料中图分类号:R318.08㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A㊀收稿日期:2021⁃02⁃16㊀基金项目:河南省重点研发与推广专项(212102310231);河南省高等学校重点科研项目(21A430006);河南省青年科学基金(20230041006)㊀作者简介:杨莹莹(1997⁃),女,硕士研究生㊂研究方向:纳米材料的生物医学应用㊂㊀∗通信作者:刘超群(1989⁃),男,博士,讲师㊂研究方向:钠米材料的生物医学应用㊂ResearchprogressofphotothermalnanomaterialsinantibacterialYANGYingying FENGShan MALongyu SUNMengyao ZHANGShen LIUChaoqun∗SchoolofPharmacy HenanUniversity Kaifeng475004 ChinaAbstract Bacterialinfectionisthreateninghumanhealth especiallythediseasescausedbydrug⁃resistantbacteria withhighclinicalmorbidityandmortality.Forexample methicillinresistantstaphylococcusaureus MRSA isoneofthemostfearedpathogensintheclinical superbacteria whichcanleadtosepsisandacuteendocarditis.Atpresent therapidmutationofdrug⁃resistantbacteriaandtheseriouslaginthedevelopmentofnewantibioticsmakeiturgenttostudynewantimicrobialagents.Nanomaterialswithphotothermaleffectconvertlightenergyintoheat whichcanincreaselocaltemperature anddestroybacterialcellmembraneandcauseproteindenaturation.Becauseofitsuniqueantibacterialmechanism drug⁃resistantbacteriaarelesslikelytobeproducedandcanbeusedasasubstituteforantibiotics.Photothermallyenablednanomaterialsareclassifiedintothreegroups includingmetal⁃ carbon⁃ andpolymer⁃basednanomaterials.Inthisreview wesummarizetheresearchprogressofantibacterialnanomaterialswithphotothermaleffectinrecentyears anddiscusstheircharacteristicsandfuturedevelopmentdirection.Keywords nanomaterial photothermal antibacterialactivity metal⁃basednanomaterials carbon⁃basednanomaterials polymer⁃basednanomaterials㊀㊀目前,由细菌引起的感染性疾病,尤其是耐药菌,已成为全球性重大健康问题之一,引起了人们的广泛关注[1]㊂一项研究[2⁃3]表明,如果不能控制耐药菌感染,每年将导致1000多万患者死亡,损失高㊃148㊀㊃JournalofHenanUniversity(MedicalScience)2021,40(2)达100万亿美元㊂为解决细菌感染带来的危害,目前常用的抗菌方法,包括抗生素㊁重金属离子㊁抗菌肽和季铵盐化合物[4⁃5]㊂其中抗生素是一种有效的抗菌药物,在临床上有广泛的应用㊂但抗生素的滥用导致的细菌耐药,已成为当今医学领域和人类生存环境面临的一个严重问题[6]㊂金属离子长期以来被用作不同形式的杀菌化学品,并显示出抗广谱细菌的抗菌性能,但是,它们会对哺乳动物细胞产生毒性[7]㊂抗菌肽是一种新型高效抗菌药物,但是存在合成困难㊁纯化复杂㊁成本高等问题,限制了它们的广泛应用[8]㊂季铵类化合物具有高效㊁方便的抗菌作用,但长期使用后也会引起耐药性[9]㊂基于上述问题,利用纳米材料及其复合材料的光处理方法是近年研究的热点[10⁃11]㊂在这些纳米材料中,光热疗法(photothermaltherapy,PTT)具有高效的靶向选择性㊁远程可控性㊁最小侵袭性及良好的生物安全性等优点㊂此外,PTT不引起细菌耐药性,并且具有广泛的抗菌谱[12⁃13]㊂用于治疗细菌感染的PTT纳米材料有三类:金属类纳米材料[14⁃15]㊁碳类纳米材料[16⁃17]㊁聚合物类纳米材料[18]㊂本文就这三种纳米材料的合成原理㊁抗菌机理及抗菌领域应用的研究进展进行综述㊂1㊀金属类纳米材料金属类纳米材料包括纳米金㊁纳米铂和二硫化钼等,在近红外激光照射后,激发态通过非辐射衰变以热量的形式释放能量[19]㊂金属类纳米材料在近红外窗口的吸收波长和强度取决于纳米材料的形貌和尺寸[20⁃21]㊂产生了多种金属纳米结构,如纳米棒[22⁃23]㊁纳米星[24]㊁纳米线[25⁃26]㊁纳米花[27]等㊂由于纳米金在近红外窗口具有强烈的局部表面等离子体共振(LSPR)效应㊁可调控的尺寸和形貌㊁良好的生物相容性,使其成为金属类光热纳米材料的代表㊂Wang[28]等采用中间层转换法制备了包覆在金纳米棒上的海胆型Bi2S3,解决半导体Bi2S3快速的光诱导电子空穴复合和近红外光的低吸收限制了活性氧的产生和光热转换效率的问题㊂实验结果表明,Au@Bi2S3核-壳结构的纳米材料具有较强的光热转换效率和产生更多的ROS,通过光热效应和光动力协同抗菌,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有较好的抗菌活性㊂金银纳米材料因其独特的光学特性而备受关注,由于具有易于表面功能化的优点,在成像㊁给药和PTT等领域得到了广泛的应用[29⁃30]㊂金银纳米材料也被开发为抗菌剂,与光热效应构建联合抑菌平台㊂Wu[31]等人研究了一种镀硅的金-银纳米笼(Au⁃Ag@SiO2NCs),在近红外激光照射下,将金纳米材料的光热效应与银离子的持续释放联合进行抗感染治疗㊂实验结果表明,Au⁃Ag@SiO2NCs浓度为50mg/mL,近红外光照射10min后从20.7ħ上升到57.4ħ,具有良好的光热性质㊂体外和体内实验表明制备的纳米材料在近红外激光照射下能有效抑制金黄色葡萄球菌(S.aureus)和大肠杆菌(E.coli)㊂将SiO2涂层应用于金银纳米材料表面,提高其生物相容性,使银离子的实现缓释,体外治疗12h仍然具有杀菌效果㊂Qiao[32]等人提出了一种复合结构的含铜中空纳米壳(AuAgCu2ONS),作为光热治疗剂用于皮肤慢性感染和伴有耐药细菌感染的不愈合性角膜炎㊂光热性质实验结果表明AuAgCu2ONS具有良好的光热效应,光热转换效率为57%,同时具有良好的光稳定性,在激光照射五次循环后,光热转换效率不变㊂通过(808nm,1.5W/cm2,10min)近红外激光照射,用平板计数法与ESBLE.coli和MR⁃SA孵育来评估AuAgCu2ONS的光热抗菌性能㊂结果表明,AuAgCu2ONS具有较强的抗菌能力,用26.4μg/mL的浓度即可有效杀灭两种菌株㊂二硫化钼(MoS2)纳米片是一种新兴的二维材料,它具有优异的光热性能,此外它较大的比表面积可用于负载药物㊂由于其特殊的物理和化学特性,可应用于生物成像[33]㊁癌症[34⁃35]和抗菌[36⁃37]治疗等多种生物医学领域㊂为解决MoS2在缓冲溶液中易聚集现象,Huang[38]等人将带正电荷的季化壳聚糖对MoS2纳米薄片进行改性,制备了含抗生素的联合抗菌平台㊂由于抗生素⁃光热联合治疗,通过体内体外实验表明在适宜的温度(45ħ)和低抗生素浓度下抗MRSA感染㊂2㊀碳类纳米材料碳类纳米材料在近红外区具有较强的光吸收性和稳定性,即使经过长时间照射,其光吸收性能也不会衰减,所以碳基纳米材料在光热抗菌方面有着广阔的应用前景㊂主要包括碳纳米管㊁富勒烯㊁石墨烯和碳量子点等㊂碳纳米管(CNTs)具有优异的光热转换性能,且体积小㊁表面积大,可与生物分子㊁细胞产生独特的相互作用,增强伤口敷料的生物活性,促进伤口愈合[39]㊂He[40]等人以N⁃羧乙基壳聚糖(CEC)和末端苯甲醛F127/碳纳米管(PF127/CNT)为基础,制备了具有优异的光热和导电性能的水凝胶㊂实验结果表明,CNTs使水凝胶具有光热特性,可显著提高其体外/体内抗菌活性㊂在ZOI试验中,2021,40(2)河南大学学报(医学版)㊃149㊀㊃CEC/PF/CNT水凝胶具有较好的缓释性能和抗菌活性㊂通过小鼠皮肤创面感染模型进一步证明,在近红外激光照射下,CEC/PF/CNT水凝胶有较强的抗菌作用,促进创面愈合㊂由于石墨烯具有优异的光热转换能力㊁较大的表面积和表面易于修饰的特性,近年来在光热抗菌领域得到了广泛的研究㊂特别是石墨烯㊁氧化石墨烯(GO)㊁还原氧化石墨烯(rGO)等一系列石墨烯类纳米材料㊂Fan[41]等人制备了MOF衍生掺杂ZnO的石墨烯二维材料,通过局部大量Zn2+离子穿透㊁物理切割和热疗杀死,协同破坏细菌被膜和细胞内物质㊂实验结果表明,极低的纳米材料浓度具有强大的局部杀菌效果,短时间的光热处理,有助于对皮肤创面进行快速㊁安全的杀菌,不会损伤正常皮肤组织㊂细菌感染伤口处于低氧微环境,低氧微环境不仅能促使细菌生长,而且还会促进它们对药物和治疗方法的耐药性,从而导致生物膜的形成㊂临床上为促进细菌感染伤口的愈合,通过高压氧疗法来改善低氧微环境,将气态氧输送到全身,但对患者易造成氧中毒㊁费用负担等㊂载氧载体如微/纳米气泡(MNBs)能够将局部氧气输送到低氧微环境中,但易出现氧气未到达伤口部位而过早的释放㊂Janne⁃sari[42]等人提出还原氧化石墨烯/CuO2纳米复合材料的制备,该复合材料更易控制氧气的释放,且释放时间更长㊂实验表明,将氧化铜(作为氧气的固体来源)与还原氧化石墨烯纳米片结合的情况下,通过局部温度升高和增多活性氧种类产生广谱抗菌作用(包括革兰氏阳性金黄色葡萄球菌㊁革兰氏阴性大肠杆菌和耐药MRSA细菌)㊂Yu[11]等人为解决细菌感染伤口的低氧微环境抑制光动力治疗的抗菌效果,提出一种不依赖局部组织氧浓度清除耐药菌的方法㊂使用乙二醇壳聚糖修饰聚多巴胺(PDA)包覆的羧基石墨烯纳米片(CG),使其成为水溶性壳聚糖衍生物,将AIBI作为自由基源,将其负载材料上㊂在近红外光的照射下,PDA@CG的光热效应使局部温度升高,导致AIBI分解生成烷基自由基(R),造成细菌损伤㊂通过体内体外抗菌实验表明,在常氧和低氧条件下,产生的烷基自由基均具有较强的抗菌效果㊂3㊀聚合物类纳米材料有机共轭聚合物是一类具有π⁃π共轭骨架的大分子,具有制备成本低㊁尺度易调控㊁稳定性好㊁优异的光热转换能力等优点,是光热材料中研究的热点㊂Zhou[43]等人提出了一种在近红外激光照射下由季铵盐修饰的共轭聚合物同时具有PDT和PTT效应,实现了单光源双光治疗的治疗方法㊂共轭聚合物侧链上的季铵基团与带负电荷的细菌膜相互作用,提高局部抗菌效率,共轭主链能同时产生活性氧(ROS)和热量,对细菌造成损伤㊂在近红外光照射(808nm,1.0W㊃cm-2,8min),40μg㊃mL-1的实验条件下,共轭聚合物能有效地杀死金黄色葡萄球菌和耐药大肠杆菌㊂为能有效杀死白色念珠菌则需更高浓度共轭聚合物㊂聚多巴胺(PDA)是贻贝分泌的类似蛋白结构的聚合物,制备方法简单㊁附着力强㊁生物相容性好,易于修饰于材料表面提高其分散性,也是一种优良的光热材料㊂Yu[44]等人将聚多巴胺(PDA)包覆氧化铁纳米复合材料(Fe3O4@PDA)作为光热材料,将第三代树突状聚氨基胺(PAMAM⁃G3)接枝在Fe3O4@PDA表面,然后将NO负载其复合材料上㊂将制备的纳米复合材料在近红外激光照射下表现出可控的NO释放性能㊂光热效应和NO协同抗对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌,显著降低了细菌活力和生物膜生物量㊂聚苯胺(PANI)由于亚胺氮原子的掺杂,在近红外区有较强的吸收,能够在近红外光照下产生大量的热量来对抗细菌和肿瘤细胞㊂Hsiao[45]将PANI接枝在壳聚糖(CS)上作为侧链,可以在水环境中自组装成胶束,并在局部pH值升高的驱动下转化为胶体凝胶,这些自掺杂的聚苯胺胶束作为光热剂,利用近红外光照射触发反应㊂在体内实验中,复合材料注射溶液最终分布在酸性脓肿上,遇到健康组织的边界时,就会形成胶体凝胶㊂由于PANI侧链,胶体凝胶在近红外光照射下(808nm,0.5W/cm2)产生热疗,导致细菌热裂解,修复感染创面而不留下残留的植入材料㊂减少对周围健康组织不必要的热损伤㊂4㊀结语金属类㊁碳类和聚合物类复合材料的光热抗菌效果优于单独使用相同材料的光热抗菌效果,除产生热量外,复合材料还具有某些特性,如酶活性(蛋白酶)㊁ROS生成㊁促进离子释放(银离子)以及复合材料表面电荷与细菌细胞壁电荷之间的静电吸引㊂这些特性与PTT结合,有利于破坏细菌细胞膜,提高抗菌效果㊂通过对纳米材料进行修饰,达到多种治疗手段联合治疗的目的,如光热和化疗联合㊁光热和光动力治疗联合等㊂光热纳米材料的发展为治疗㊃150㊀㊃JournalofHenanUniversity(MedicalScience)2021,40(2)耐药菌引起的感染提供了机会,应用于临床仍有许多问题需要解决㊂首要问题是生物安全性,尽管文献中报道的大部分纳米材料没有细胞毒性,但是这些材料是否可生物降解㊁是否会引起潜在的毒副作用等问题需要进一步研究㊂参考文献:[1]ANDERSSONDI,HUGHESD.Antibioticresistanceanditscost:isitpossibletoreverseresistance?[J].NatRevMicrobiol,2010,8(4):260⁃271.[2]SHANKARPR.Bookreview:tacklingdrug⁃resistantinfec⁃tionsglobally[J].ArchPharmaPract,2016,7(3):110⁃111.[3]CHENZW,WANGZZ,RENJS,etal.Enzymemimicryforcombatingbacteriaandbiofilms[J].AccChemRes,2018,51(3):789⁃799.[4]WUQ,QIQF,ZHAOC,etal.Ahybridproteolyticandantibacterialbifunctionalfilmbasedonamphiphiliccarbo⁃naceousconjugatesoftrypsinandvancomycin[J].JMaterChemB,2014,2(12):1681⁃1688.[5]TIANTF,SHIXZ,CHENGL,etal.Graphene⁃basednanocompositeasaneffective,multifunctional,andrecy⁃clableantibacterialagent[J].ACSApplMate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《Ce及Ce-Zn共掺杂二氧化钛薄膜的制备及光催化性质的研究》篇一一、引言随着环境污染问题的日益严重,光催化技术因其独特的优势和潜力,在环境治理和能源转换等领域得到了广泛的应用。
二氧化钛(TiO2)因其良好的光催化性能、化学稳定性以及低成本等优点,被广泛用于光催化领域。
然而,纯TiO2的光催化性能仍存在一些局限性,如光响应范围窄、量子效率低等。
为了解决这些问题,研究者们尝试通过掺杂不同的元素来改善TiO2的光催化性能。
其中,稀土元素Ce及其与Zn的共掺杂被认为是一种有效的手段。
本文将研究Ce及Ce-Zn共掺杂二氧化钛薄膜的制备方法,并对其光催化性质进行探讨。
二、制备方法1. 材料准备实验所需材料包括TiO2粉末、Ce(NO3)3·6H2O、Zn(NO3)2等。
所有试剂均为分析纯,使用前未进行进一步处理。
2. 制备过程(1)Ce掺杂二氧化钛薄膜的制备:采用溶胶-凝胶法,将TiO2粉末与Ce(NO3)3·6H2O混合,通过溶胶-凝胶过程得到Ce 掺杂的TiO2溶胶。
然后,将溶胶涂覆在基底上,经过热处理得到Ce掺杂的二氧化钛薄膜。
(2)Ce-Zn共掺杂二氧化钛薄膜的制备:同样采用溶胶-凝胶法,将TiO2粉末、Ce(NO3)3·6H2O和Zn(NO3)2混合,制备得到Ce-Zn共掺杂的TiO2溶胶。
后续步骤与Ce掺杂薄膜的制备方法相同。
三、光催化性质研究1. 实验装置与测试方法光催化实验在Xe灯照射下进行,通过紫外-可见分光光度计测试样品的吸光度及光响应范围。
同时,采用循环伏安法等电化学方法对样品的电化学性质进行测试。
2. 结果与讨论(1)吸收光谱分析:通过紫外-可见分光光度计测试样品的吸收光谱,发现Ce掺杂及Ce-Zn共掺杂的二氧化钛薄膜在可见光区域的吸收强度均有显著提高,说明掺杂能有效扩展TiO2的光响应范围。
(2)光催化性能测试:在相同条件下,对不同样品进行光催化降解有机染料(如甲基橙)的实验。
文章编号:1001G9731(2018)09G09061G06氧化锌型复合抗菌材料抗菌活性研究进展∗麻晓霞,马玉龙(宁夏大学化学化工学院,省部共建煤炭高效利用与绿色化工国家重点实验室,银川750021)摘㊀要:㊀氧化锌类复合抗菌材料因其优良的抗菌活性和广阔的应用潜能而备受关注.综述了氧化锌抗菌材料的制备方法㊁条件及粒径大小等因素对抗菌性能的影响,总结了氧化锌类复合抗菌材料的分类及抗菌机理,提出了抗菌材料抗菌机理尚不明确,最后对该类抗菌材料发展前景做了展望,期望对于氧化锌复合材料的研究具有借鉴意义.关键词:㊀氧化锌;抗菌材料;抑菌活性;抗菌机理中图分类号:㊀T B33文献标识码:A D O I:10.3969/j.i s s n.1001G9731.2018.09.0110㊀引㊀言随着人们环保和健康意识的不断提高,微生物病原菌的抑制和杀灭显得尤为重要.在预防和治疗的过程中,大量使用抗生素带来的一系列环境问题以及耐药菌的出现,迫切需要寻求绿色环保且具有强大抗菌活性的材料.研究发现抗菌剂分为无机抗菌剂㊁有机抗菌剂㊁天然抗菌剂和高分子抗菌剂等四类[1].无机抗菌材料具有成本低㊁长久性㊁耐热性㊁广谱性及安全性等优点,主要包括金属离子[2]和金属氧化物[3]两大类.相比之下,金属氧化物类抗菌剂有更广泛的来源㊁价格更便宜㊁性能稳定等优点.目前,研究较多的金属氧化物类抗菌材料是二氧化钛(T i O2)㊁氧化锌(Z n O)㊁氧化镁(M g O)和氧化钙(C a O)等[4].随着纳米技术的不断成熟,纳米Z n O作为一种新型无机抗菌材料,成为目前的研究热点,其具有高温不变色,不分解,价格低廉,资源丰富,形貌可控㊁悬液呈中性等优点[5],比其它金属氧化物具有更广泛的实用价值.随着科学技术不断发展,对抗菌材料的种类㊁性能等提出了越来越高的要求,优化制备方法㊁强化抗菌性能㊁探索抗菌机理已成为抗菌材料发展的方向.本文综述了氧化锌抗菌材料的制备方法㊁制备条件㊁粒径大小对其形貌和抗菌性能的影响,总结了氧化锌型复合抗菌材料的分类及抗菌机理.1㊀氧化锌抑菌活性研究1995年,科学工作者研究发现,氧化锌粉体对革兰氏阴性大肠杆菌和革兰氏阳性金黄色葡萄球菌都显示出了较强的抑制和杀灭作用[6].由于其制备方法㊁反应条件不同,制得的氧化锌颗粒粒径㊁形貌差异较大,进而抗菌性能也存在较大差异.1.1㊀不同制备条件对氧化锌抗菌性能的影响氧化锌的制备方法主要有均匀沉淀法[7]㊁水热法[8]㊁溶胶G凝胶法[9]㊁微波合成法[10]等.B r i n t h a 等[11]对比了水溶液法㊁溶胶G凝胶法和水热法合成的Z n O纳米粒子,经表征发现合成的Z n O纳米粒子粒径在13~18n m之间,且呈现出球形㊁花状等形貌.朱志红等[12]采用均匀沉淀法制备出的纳米氧化锌颗粒尺寸小且均匀,对金黄色葡萄球菌㊁大肠杆菌㊁绿脓杆菌和变形杆菌具有较好的抑制作用.水热法制备的Z n O 纳米棒对革兰氏阴性细菌大肠杆菌和革兰氏阳性菌芽孢杆菌都表现出抗菌活性[13].S a p n a r等[14]用微波法合成氧化锌(Z n O)纳米颗粒,并用能量电子辐照法对纳米颗粒进行了修饰,发现颗粒尺寸随电子能量增加不断下降,其对真菌的抗菌活性增加,但杀菌机制相同.除了制备方法的影响之外,制备条件的改变(溶液p H值㊁煅烧温度㊁时间㊁物料配比㊁反应时间等)也会影响氧化锌的粒径和形貌,进而影响其抗菌性能. P a l a n i k u m a r等[15]采用湿化学沉淀法制备的Z n O纳米粒子,在p H值分别为7.2,6.0和5.0时,六方纳米氧化锌粒子的粒径分别为(38ʃ2),(25ʃ4)和(15ʃ4)n m,研究还发现Z n O纳米粒子的抑制效果与其选择的浓度和大小密切相关;S a n g c h a y[16]在300,500,700ħ温度下煅烧溶胶G凝胶法制备的Z n O粉体,发现其抗菌活性随煅烧温度的升高而增加.通过机械化学法调整热处理温度(250,300,350,400ħ),来控制Z n O纳米粒子的形貌㊁尺寸和结晶度,发现在250ħ下处理的样品为小尺寸(<20n m)Z n O纳米颗粒,而较高的温度处理会产生较大的颗粒[17].同样S i d d i q u e[18]也考察了煅烧温度和时间对颗粒的大小㊁形状和抗菌性能有影响,发现煅烧温度可以控制纳米16090麻晓霞等:氧化锌型复合抗菌材料抗菌活性研究进展∗基金项目:国家自然科学基金资助项目(51564043)收到初稿日期:2018G06G05收到修改稿日期:2018G08G15通讯作者:麻晓霞,EGm a i l:m x i a o x i a1222@163.c o m 作者简介:麻晓霞㊀(1980-),女,副教授,研究方向为无机抗菌材料及废物资源的循环利用.氧化锌颗粒的粒径,使其表面能高㊁表面张力大,从而使纳米氧化锌颗粒团聚.此外,Z n2+与N a O H物质的量之比㊁反应温度㊁反应时间也会影响Z n O的形貌和抗菌性能[19].因此,优化制备方法,筛选制备条件,成为强化Z n O纳米抗菌材料性能的发展方向.1.2㊀粒径对氧化锌抗菌性能的影响氧化锌因其粒径不同而显示出不同的抗菌性能.工业级氧化锌的抗菌性能远不如纳米级氧化锌[20]. C̬e p i n[21]对合成的微米㊁亚微米和纳米氧化锌的抗菌效果进行了比较,显示粒径较大的Z n O的抗菌活性较低,纳米氧化锌的抑菌活性约是氧化锌颗粒的4倍.因此,近年来科学家对纳米级氧化锌抗菌性能的研究较为普遍.Y a m a m o t o[22]研究了Z n O粉末粒径为0.1~0.8μm对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌抗菌活性的影响,发现随着Z n O粒径的减小,抗菌活性不断增加. R a g h u p a t h等也研究了不同粒径(12,25,30,88,142,212,307n m)的氧化锌粒子对革兰氏阳性(金黄色葡萄球菌)和革兰氏阴性(大肠杆菌)微生物生长的抑制效果.发现径粒较小的Z n O纳米颗粒显示出较高的抗菌活性[23],相反,粒径<5n m的Z n O颗粒的抗菌效果则随粒径减小而变差[24].大量研究表明,氧化锌颗粒尺寸大小对大肠杆菌[25]㊁金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌[26]等细菌菌株均显示出随着颗粒尺寸的减小,纳米颗粒的抗菌功效随之增加,证明Z n O纳米颗粒具有广谱抗菌活性.纳米氧化锌对细菌的毒性显示出一定的粒径依赖性,更小的粒径会产生高表面能,并提供更多的粒子接触和损伤细菌的机会[27].2㊀氧化锌型抗菌材料抑菌活性研究无机抗菌材料的复合改性成为当前抗菌材料研究热点.单独氧化锌的抗菌活性已被广泛研究和应用,为进一步研究其性能,近年来,与氧化锌相关的抗菌材料层出不穷,大致可分为两种,一种是将氧化锌与其它抗菌剂掺杂的复合型抗菌材料;另一种是将氧化锌负载在其它载体的负载型抗菌材料.氧化锌型无机复合抗菌材料的分类及抗菌机理如表1所示.表1㊀氧化锌型抗菌材料的分类及抗菌机理T a b l e1C l a s s i f i c a t i o na n d a n t i b a c t e r i a lm e c h a n i s mo f z i n c o x i d e a n t i b a c t e r i a lm a t e r i a l s抗菌材料㊀㊀㊀㊀㊀㊀抗菌机制参考文献Z n O复合抗菌材料金属离子掺杂的Z n O金属氧化物/Z n O有机聚合物改性Z n O金属离子的释放,活性氧(R O S)的产生,氧化应激的增强和D N A损伤的加重较强的氧化性,产生更多的超氧化物(O 2-)和羟基自由基(OH )氧化锌与有机物协同杀菌,破坏细菌的细胞壁和细胞膜[27G32][33G38][39G41]Z n O负载于载体上的抗菌材料Z n O/沸石Z n O/蒙脱石(MM T)Z n O/硅胶(S G)Z n O/磷酸盐离子释放,R O S增加,细胞膜的机械损伤等载体具有较好的吸附性和分散性[43][44][45][46]2.1㊀氧化锌复合型抗菌材料氧化锌进行掺杂改性的复合抗菌材料种类繁多,研究广泛,大致可以分为金属离子掺杂Z n O㊁金属氧化物/Z n O及有机物修饰Z n O等种类.氧化锌与金属离子掺杂表现出不同的抗菌性能. Z h a n g等[28]两步合成的A g/Z n O纳米粒子(N P s)比简单混合的A g和Z n O纳米粒子对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有更强的抗菌活性,其主要原因是明显增加的活性氧化物和A g/Z n O纳米粒子(N P s)诱发增强了质粒D N A的损伤.R e k h a等[29]通过共沉淀法合成M n掺杂氧化锌,对比发现M n掺杂氧化锌纳米粒子比氧化锌纳米颗粒抗菌活性增强.M a d d a h i[30]采用溶胶G凝胶法成功地合成了掺杂10%M g或C u的纳米氧化锌样品Z n Oʒ(M g/C u).研究发现,无论是纯的还是掺杂的氧化锌纳米悬浮液对大肠杆菌具有良好的抗菌活性,且活性随铜掺杂量的增加而增加,随着M g的加入而略有下降.R a v i c h a n d r a n[31]通过改变F e掺杂水平(5%,10%,15%(原子分数))合成了F e掺杂Z n O 纳米粒子,结果显示,随着F e含量的增加,颗粒尺寸逐渐减小时,该材料对金黄色葡萄球菌(革兰氏阳性)的抗菌活性明显高于对枯草芽孢杆菌(革兰氏阳性)微生物的抗菌活性.同样,C o[32]㊁I n[33]掺杂的Z n O纳米粒子也提高了Z n O的抗菌性能.总之,氧化锌中掺杂A g㊁M n㊁C u㊁M g㊁F e㊁C o㊁I n等金属离子,均有效提高Z n O颗粒对细菌的抗菌活性.研究者将氧化锌与不同金属氧化物(M g O㊁S n O2㊁T i O2㊁C e O2㊁A l2O3等)复合也显示出了较好的抗菌效果.Y a m a m o t o等[34]通过测量细菌生长导电性的变化研究M g OGZ n O固溶体的抗菌活性,从抗菌试验结果看,随着M g OGZ n O固溶体中Z n O的掺杂量增加,对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性降低.T a l e b iGa n等[35]采用溶胶G凝胶浸渍法制备了不同摩尔比的纳米氧化锌/S n O2薄膜,选用大肠杆菌(E.c o l i,A T C C 25922)探讨了S n O2GZ n O纳米复合材料的组成对薄膜260902018年第9期(49)卷结构特征和抗菌性能的影响.发现Z n O /S n O 2杂化纳米结构薄膜与单组分相比,具有可持续的光催化抗菌活性,但光催化R O S 产生毒性的机制尚未确定.还有T i O 2/Z n O 纳米复合材料分别通过非水解溶胶G凝胶法[36]和水热合成法[37]制备,发现T i O 2/Z n O 在可见光照射条件下能够对大肠杆菌产生抑菌环,菌液接触试验2h 后除菌率即96.4%,4h 后除菌率高达99.9%以上,T i O 2/Z n O 纳米复合材料是一个很好的无机抗菌剂.G u o 等[38]通过激光蒸汽冷凝法制备Z n O GC e O 2纳米粉末,并研究其对金黄色葡萄球菌和黑曲霉菌的抗菌活性,发现氧化物的抗菌活性随着颗粒尺寸的减小和二氧化铈浓度的增加而改善.此外,多金属氧化物纳米复合材料N i O C e O 2 Zn O 也能有效抑制致病菌并对其造成更大的机械损伤[39].另外,研究者对氧化锌进行有机物复合改性,通过改变Z n O 表面的物理化学性质,从而提高其抗菌活性.K a d h i m 等[40]通过聚苯乙烯溶液在甲苯中与Z n O溶液的简单混合途径制备Z n O /聚苯乙烯纳米复合薄膜.发现Z n O /聚苯乙烯纳米复合膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌有很强的抗菌活性.研究发现,复合抗菌材料壳聚糖/氧化锌纳米[41],聚二甲基二烯丙基氯化铵G甲基丙烯酸G烯丙基缩水甘油醚/纳米Z n O (P D M GD A A C GA GE GMA A /纳米Z n O )[42]均表现出良好的稳定性和较高的抗菌活性.综上所述,金属离子的掺杂㊁金属氧化物的复合以及有高分子有机物改性均对氧化锌的抗菌性能进行了改善.但由于材料特性及菌种选择不同,结果尚存在显著差异.2.2㊀氧化锌负载型抗菌材料将各种类型的抗菌剂复合在载体上是拓宽抗菌功能的有效途径.虽然氧化锌有较强的抗菌活性,但是如果没有固定的载体,其可能以离子形式进入环境,造成污染,使其应用受到限制.常见抗菌材料的载体因其绿色无污染㊁吸附性较好,被广泛应用研究.适合作为抗菌材料载体主要有蒙脱石类(MMT )㊁沸石类(Z e Go l i t e )㊁硅胶类(S G )以及磷酸盐类等[43].负载型抗菌材料也同样会受到制备方法㊁条件的影响,其抗菌性能存在较大差异,如图1为不同温度(70,80,90和100ħ)下复合抗菌材料Z n O /MMT 的表面形貌.图1㊀Z n O GMMT 复合抗菌材料的S E M 图F i g 1T E M g r a p ho f Z n O GMMTc o m p o s i t e a n t i b a c t e r i a lm a t e r i a l ㊀㊀由图1可以发现,温度不同,Z n O 所呈现的形貌明显不同,其抗菌活性也受到了影响.M a [44]等研究了铜离子G氧化锌/十六烷基铵基吡啶G蒙脱石(C u 2+GZ n O/C P GMM T )复合材料对大肠杆菌㊁鼠伤寒沙门氏菌均具有不同程度的抑制和杀灭活性,抗菌活性顺序为C u 2+GZ n O /C P GMM T>C u 2+GZ n O /MM T>Z n O /MM T .A b Gd u l l a h 等[45]比较了Z e o l i t e 为载体的抗菌材料,发现Z n O GC u O /Z e o l i t e 负载型抗菌材料表现出更大的抑菌圈,显示具有更好的抗菌活性,沸石载体可有效防止纳米粒子的聚集.在样品的抗菌试验中,合成的均匀Z n O/硅胶纳米复合材料对大肠杆菌和和金黄色葡萄球菌显示出较强的抗菌活性[46].K a u s h a 等[47]通过溶胶G凝胶法合成的新型Z n O G磷酸锆(Z n O GZ r P )纳米复合材料,已被成功的用作有效的杀灭大肠杆菌的微生物制剂.总之,将氧化锌负载于具有特殊功能的载体上,不仅可以保持抗菌剂固有的特性㊁增强其稳定性,还有利于回收和重复使用,降低成本,增加其抗微生物功效的持续时间.36090麻晓霞等:氧化锌型复合抗菌材料抗菌活性研究进展3㊀氧化锌抗菌材料抗菌机理研究纳米Z n O对各种细菌的抗菌作用及其抗菌机理已有详细报道[48],但对于氧化锌型复合抗菌剂在分子水平上的杀菌机制和作用方式尚没有明确的说法. M a t a i等[49]合成了具有广谱抗菌性的银G氧化锌纳米复合材料,并提出细胞死亡有4种可能的方式:(1)通过释放的离子与带电的细菌细胞壁之间的静电相互作用;(2)A g+/Z n2+离子的释放或活性氧(R O S)的形成造成细菌细胞膜的破坏;(3)银/锌离子或者R O S的形成破坏细菌细胞的D N A和蛋白质合成;(4)由于膜的破坏,细胞内容物泄漏可导致细胞膜收缩,细胞裂解.H a l d o r a i[50]推断壳聚糖(C S)包覆氧化锌(Z n O)复合材料杀菌机理是静电相互作用和活性氧溶出机制共同作用的结果,一方面是在带正电荷的复合物和带负电荷的细菌膜之间的静电相互作用阻断细胞营养的摄入,从而影响细胞的生长和存活;另一方面电子空穴与纳米粒子表面O H-反应,产生羟基自由基O H ,超氧阴离子O2-和过羟基自由基(HO2 ),这些活性自由基会分解和彻底破坏微生物细胞.S a r a h等[51]合成并比较了3种负载在粘土上的复合材料A gG粘土㊁Z n OG粘土和A g/Z n OG粘土,A gGZ n OG粘土复合材料的金属浸出量最小,显示两种纳米粒子具有良好的吸附性,负载后寿命更长,抗菌效果最好,主要归因于纳米粒子的化学和物理特性以及粘土的大表面积,使得大量纳米粒子在其表面被高度分散.大量研究都表明Z n O复合抗菌材料的杀菌机理可能是一种或者几种机理共同作用的结果,而对于哪种机制在杀菌过程中占据主要地位还需要进一步通过实验证实.4㊀结㊀语纳米Z n O作为一种新型的功能材料,具有良好的发展前途和较广阔的应用潜能,不断开发和应用已成为趋势.科研工作者为拓宽其应用范围,不断研发出纳米氧化锌型复合抗菌材料,但其抗菌机理研究尚不完全明确,亟待解决,制约了该类复合抗菌材料的推广应用.为此,加大科研投入,提高该类抗菌材料的研究深度和广度,尤以各个抗菌剂之间的相互影响㊁协同杀菌作用成为抗菌机理探索的主要方向,为今后氧化锌型抗菌材料的应用提供更多的理论指导.致谢:感谢教育部春晖计划对本项目的大力资助!参考文献:[1]㊀Z h a n g C a i l i,W a n g P e n g,S o n g A n g a n g,e ta l.D e v e l o pGm e n t o fm e t a l l i c a n t i b a c t e r 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d r a nC.S i z eGd e p e n d e n t a n t i m i c r o b i a l r e s p o n s e o f z i n c o x i d e n a n o p a r t iGc l e s[J].I e tN a n o b i o t e c h n o l o g y,2014,8(2):111G117.[16]㊀S a n g c h a y W.A n t i b a c t e r i a l a c t i v i t y o f Z n O p o wde r s p r e p a r a t i o nv i as o lGg e lm e t h o d[J].A m e r i c a nJ o u r n a l o fM a t e r i a l sS c i e n c e,2015,5(3B):1G4.[17]㊀M a n z o o rU,S i d d i q u e S,A h m e dR,e t a l.A n t i b a c t e r i a l, s t r u c t u r a l a n d o p t i c a l c h a r a c t e r i z a t i o n o fm e c h a n oGc h e m iGc a l l yp r e p a r e dZ n O n a n o p a r t i c l e s[J].P l o s O n e,2016,11(5):0154704G0154715.[18]㊀S i d d i q u eS,S h a h Z H,S h a h i d S,e ta l.P r e p a r a t i o n,c h a r a c t e r i z a t i o na n da n t i b a c t e r i a l a c t i v i t y o fZ n O n a n o pGa r t i c l e s o nb r o a ds p ec t r u m o fm i c r o o r g a n i s m s[J].A c t aC h i m i c aS l o v e n i c a,2013,60(3):660G665.[19]㊀G u oJ i n g y u,H eJ i a n y i n g,P e n Y a n q i,e ta l.S y n t h e s i sa n da n t i m i c r ob i a l p r o p e r t y o f Z n O/C uc o m p o s i t em a t e r iGa l sw i t hd i f f e r e n tm o r p h o l o g y[J].J o u r n a l o fH e n a nU n iGv e r s i t y(N a t u r eS c i e n c e),2016,46(6):710G717.(i nC h iGn e s e).郭静玉,何建英,彭艳启,等.不同形貌Z n O/C u复合材料的制备及其抗菌性能[J].河南大学学报(自然科学版),2016,46(6):710G717.[20]㊀Z h u W e n j u n.S t u d y o nt h ea n t i b a c t e r i a la c t i v i t y o fz i n c o x i d e a n d i t sm e c h a n i s m[D].C h e n g d u:S o u t h w e s t J i a oGt o n g U n i v e r s i t y,2010(i nC h i n e s e).朱文君.Z n O抗菌性能及机理研究[D].成都:西南交通大学,2010.[21]㊀C̬e p i n M,H r i b a rG,C a s e r m a nS,e t a l.M o r p h o l o g i c a li m p a c t o f z i n c o x i d e p a r t i c l e s o n t h e a n t i b a c t e r i a l a c t i v i t ya n dh u m a ne p i t h e l i at o x i c i t y[J].M a t e r i a l sS c i e n c e&E n g i n e e r i n g C,2015,52:204G211.[22]㊀Y a m a m o t oO.I n f l u e n c e o f p a r t i c l e s i z e o n t h e a n t i b a c t eGr i a l a c t i v i t y o f z i n c o x i d e[J].I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f I nGo r g a n i cM a t e r i a l s,2001,3(7):643G646.[23]㊀R a g h u p a t h iK R,K o o d a l iR T,M a n n a A C.S i z eGd eGp e n d e n tb a c t e r i a l g r o w t hi n h i b i t i o na n d m e c h a n i s m o fa n t ib ac t e r i a la c t i v i t y o f z i n c o x ide n a n o p a r t i c l e s[J].L a n g m u i rt h e A C S J o u r n a lo f S u r f a c e s&C o l l o i d s,2011,27(7):4020G4028.[24]㊀S h e nL i n.S t u d y o n t h e p r e p a r a t i o na n da n t i b a c t e r i a p r oGp e r i e s o f Z n On a n o/m i c r o m a t e r i a l s[D].D a l i a n g:D a l i a nU n i v e r s i t y o fT e c h n o l o g y,2007(i nC h i n e s e).沈㊀琳.氧化锌纳/微米材料的制备及抗菌性能研究[D].大连:大连理工大学,2007.[25]㊀Z h a n g L,J i a n g Y,D i n g Y,e t a l.I n v e s t i g a t i o n i n t o t h ea n t ib ac t e r i a l b e h a v i o u r o f s u s p e n s i o n s o fZ 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f a c t i o n[J].J o u rGn a l o f I n o r g a n i cB i o c h e m i s t r y,2014,130:74G83.[29]㊀R e k h aK,N i r m a l aM,M a n j u l aG,e t a l.S t r u c t u r a l,o pGt i c a l,p h o t o c a t a l y t i c a n da n t i b a c t e r i a l a c t i v i t y o f z i n co xGi d ea n d m a n g a n e s e d o p e dz i n co x i d e n a n o p a r t i c l e s[J].P h y s i c aB,2010,405:3180G3185.[30]㊀M a d d a h iP,S h a h t a h m a s e b i N,K o m p a n y A,e t a l.E f f e c t o fd o p i n g o ns t r u c t u r a la n do p t i c a l p r o p e r t i e so fZ n On a n o p a r t i c l e s:s t u d y o f a n t i b a c t e r i a l p r o p e r t i e s[J].M a t e r i a l sS c i e n c eGP o l a n d,2014,32(2):130G135.[31]㊀R a v i c h a n d r a nA T,K a r t h i c k R,P u s h p aK C S,e ta l.U n i f o r ma n dw e l lGd i s p e r s e dZ n OʒF en a n o p a r t i c l e sw i t hh i g h p h o t o l u m i n e s c e n c e a n da n t i b a c t e r i a l p r o p e r t i e s p r eGp a r e db y s o f t c h e m i c a l r o u t e[J].J o u r n a l o f I n o r g a n i c&O r g a n o m e t a l l i cP o l y m e r s&M a t e r i a l s,2017,27(4):1084G1089.[32]㊀N a i rM G,N i r m a l aM,R e k h aK,e t a l.S t r u c t u r a l,o p t iGc a l,p h o t o c a t a l y t i c a n da n t i b a c t e r i a l a c t i v i t y o fZ n Oa n dC o d o p e d Z n O n a n o p a r t i c l e s[J].M a t e r i a l s L e t t e r s,2011,65:1797G1800.[33]㊀Z h a o Y a n n i n g,T e n g H o n g h u i,C h a n g L i m i n,e ta l.S t u d i e so n t h eb a c t e r i c i d a l p e r f o r m a n c eo f i n d i u md o p e dn a n oGz i n c o x i d e[J].J o u r n a l o fH u z h o n g N o r m a lU n i v e rGs i t y(N a t S c i),2008,42(3):400G403(i nC h i n e s e).赵艳凝,滕洪辉,常立民,等.I n掺杂纳米Z n O杀菌性能的研究[J].华中师范大学学报(自然科学版),2008,42(3):400G403.[34]㊀Y a m a m o t oO,S a w a i J,S a s a m o t oT.C h a n g e i n a n t i b a cGt e r i a lc h a r a c t e r i s t i c s w i t h d o p i n g a m o u n t o f Z n O i nM g OGZ n Os o l i d s o l u t i o n[J].I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f I nGo r g a n i cM a t e r i a l s,2000,2(5):451G454.[35]㊀T a l e b i a n N,N i l f o r o u s h a n M R,Z a r g a rE B.E n h a n c e da n t ib ac t e r i a l p e r f o r m a n c e o f h y b r i ds e m i c o nd u c t o rn a n oGm a t e r i a l s:Z n O/S n O2n a n o c o m p o s i t e t h i n f i l m s[J].A pGp l i e dS u r f a c eS c i e n c e,2011,258(1):547G555.[36]㊀S t o y a n o v aA,H i t k o v aH,B a c h v a r o v aGN e d e l c h e v aA,e ta l.S y n t h e s i s a n d a n t ib ac t e r i a l a c t i v i t y o f T i O2/Z n On a n o c o m p o s i t e s p r e p a r e d v i a n o n h y d r o l y t i cr o u t e[J].J o u r n a l o fC h e m i c a lT e c h n o l o g y a n d M e t a l l u r g y,2013,48(2):154G161.[37]㊀Z h a n g C h o n g m i a o,Z h a nL i l i,Z h a oS h a n.P r e p a r a t i o no f T i O2/Z n Oc o m p o s i t e a n d i t sa n t i b a c t e r i a l a c t i v i t y u n d e rd i f fe r e n t c o n d i t i o n s[J].J o u r n a l o fF u n c t i o n a lM a t e r i a l s,2015,46(12):12136G12140(i nC h i n e s e).张崇淼,詹莉莉,赵㊀珊.T i O2/Z n O复合材料的制备及其在不同条件下的抗菌性能研究[J].功能材料,56090麻晓霞等:氧化锌型复合抗菌材料抗菌活性研究进展2015,46(12):12136G12140.[38]㊀G u oGS,L i D,W a n g Z H.A n t i b a c t e r i a l c h a r a c t e r i s t i c s o f Z n OGC e O2n a n oGp o w d e r p r e p a r e db y l a s e rv a p o r c o nGd e n s a t i o n[J].J o u r n a lo f R a r e E a r t h s,2005,23(3):362G366.[39]㊀S u b h a n M A,A h m e d T,U d d i n N,e ta l.S y n t h e s i s,c h a r a c t e r i z a t i o n,P L p r o p e r t i e s,p h o t o c a t a l y t i ca nd a n t iGb ac t e r i a l a c t i v i t i e s o f n a n o m u l t iGm e t a l o x id eN i O.Ce O2.Z n O[J].S p e c t r o c h i m i c aA c t aP a r tA:M o l e c u l a r a n dB iGo m o l e c u l a r S p e c t r o s c o p y,2015,136:824G831.[40]㊀K a d h i m Q A,A l w a nR M,A l iR A,e t a l.S y n t h e s i s o f z i n co x i d e/p o l y s t y r e n en a n o c o p o s i t ef i l m sa n ds t u d y o fa n t ib ac t e r i a l a c t i v i t y a g a i n s t e s c h e r i c h i ac o l i a n ds t a p h yGl o c o c c u sa u r e s[J].N a n o s c i e n c e a n d N a n o t e c h n o l o g y,2016,6(1):1G5.[41]㊀T o i s e r k a n iH.F a b r i c a t i o na n dc h a r a c t e r i z a t i o nc h i t o s a n/f u n c t i o n a l i z e d z i n c o x i d eb i o n a n o c o m p o s i t e s a n d s t u d y o ft h e i ra n t i b a c t e r i a la c t i v i t y[J].C o m p o s i t e I n t e r f a c e s,2016,23(3):175G189.[42]㊀G a oD a n g g e,C h e nC h e n,L y uB i n,e t a l.S y n t h e s i s p o l yGm e r q u a t e r n a r y a mm o n i u ms a l t/n a nGZ n Oc o m p o s i t ea nGt i b a c t e r i a l a g e n t v i a I nGs i t um e t h o d[J].J o u r n a l o fM a t eGr i a l sE n g i n e e r i n g,2015,43(6):38G45(i nC h i n e s e).高党鸽,陈㊀琛,吕㊀斌,等.原位制备季铵盐聚合物/纳米Z n O复合抗菌剂[J].材料工程,2015,43(6):38G45.[43]㊀M aX i a o x i a,P e iY a n g y a n g,L e iY u n,e ta l.R e s e a r c h p r o g r e s so fs u p p o r t e di n o r g a n i ca n t i b a c t e r i a l m a t e r i a l s[J].J o u r n a lo f F u n c t i o n a l M a t e r i a l s,2017,48(9):9038G9042(i nC h i n e s e).麻晓霞,裴阳阳,雷㊀云,等.负载型无机抗菌材料的研究进展[J].功能材料,2017,48(9):9038G9042.[44]㊀M aY u l o n g,Y a n g B o.S t u d y o nA n t i b a c t e r i a l a c t i v i t y o fC u2+GZ n O/c e t y l p y r i d i n i u mGm o n t m o r i l l o n i t e c o m p l e x e s[J].M a t e r i a l sR e v i e w,2010,24(8):29G32(i nC h i n e s e).马玉龙,杨㊀波.铜离子G氧化锌/十六烷基铵基吡啶G蒙脱石复合材料的抗菌活性研究[J].材料导报,2010,24(8):29G32.[45]㊀A l s w a t A A,A h m a d M B,S a l e hT A.P r e p a r a t i o na n dc h a r a c t e r i z a t i o no f z e o l i t e\z i n co x id eGc o p pe ro x i d en a n oGc o m p o s i t e:a n t i b a c t e r i a l a c t i v i t i e s[J].C o l l o i da n dI n t e rGf a c eS c i e n c eC o mm u n i c a t i o n s,2017,16:19G24.[46]㊀L o t f i m a nS,G h o r b a n p o u r M.A n t i m i c r o b i a la c t i v i t y o f Z n O/s i l i c ag e ln a n o c o m p o s i t e s p r e p a r e db y a s i m p l ea n df a s t s o l i dGs t a t em e t h o d[J].S u r f a c e&C o a t i ng sT e ch n o lGo g y,2017,310:129G133.[47]㊀K a u s h a l S,S h a r m aPK,M i t t a l SK,e t a l.An o v e l z i n c o x i d eGz i r c o n i u m(Ⅳ)p h o s p h a t en a n o c o m p o s i t ea sa n t iGb ac t e r i a lm a t e r i a lw i t he n h a n c ed i o ne x c h a n g e p r o p e r t i e s[J].C o l l o i d s&I n t e r f a c e S c i e n c e C o mm u n i c a t i o n s,2015,7:1G6.[48]㊀K u m a rR,Um a r A,K u m a r G,e ta l.A n t i m i c r o b i a l p r o p e r t i e s o fZ n O n a n o m a t e r i a l s:ar e v i e w[J].C e r a m i c sI n t e r n a t i o n a l,2016,43(5):3940G3961.[49]㊀M a t a i I,S a c h d e vA,D u b e y P,e t a l.A n t i b a c t e r i a l a c t i v iGt y a n d m e c h a n i s m o fA gGZ n O n a n o c o m p o s i t eo nS.a uGr e u s a n dG F PGe x p r e s s i n g a n t i b i o t i cr e s i s t a n tE.c o l i[J].C o l l o i d s&S u r f a c e s B B i o i n t e r f a c e s,2014,115(3):359G367.[50]㊀H a l d o r a iY,S h i mJJ.C h i t o s a nGz i n co x i d eh y b r i dc o mGp o s i t e f o r e n h a n c e dd y e d e g r a d a t i o na n da n t i b a c t e r i a l a cGt i v i t y[J].C o m p o s i t e I n t e r f a c e s,2013,20(5):365G377.[51]㊀M o t s h e k g aSC,R a y SS,O n y a n g o M S,e t a l.M i c r oGw a v eGa s s i s t e d s y n t h e s i s,c h a r a c t e r i z a t i o n a n d a n t i b a c t e r iGa l a c t i v i t y o fA g/Z n O n a n o p a r t i c l e ss u p p o r t e db e n t o n i t ec l a y[J].J o u r n a lo f H a z a rd o u s M a te r i a l s,2013,262:439G446.R e s e a r c h p r o g r e s s o na n t i b a c t e r i a l a c t i v i t y o f z i n c o x i d et y p e c o m p o s i t e a n t i b a c t e r i a lm a t e r i a l sMA X i a o x i a,MA Y u l o n g(S t a t eK e y L a b o r a t o r y o fH i g hGe f f i c i e n c y C o a lU t i l i z a t i o na n dG r e e nC h e m i c a l E n g i n e e r i n g,C o l l a g e o fC h e m i s t r y a n dC h e m i c a l E n g i n e e r i n g,N i n g x i aU n i v e r s i t y,Y i n c h u a n750021,C h i n a)A b s t r a c t:Z i n c o x i d e c o m p o s i t e a n t i b a c t e r i a lm a t e r i a l sh a v e a t t r a c t e dm u c ha t t e n t i o nd u e t o t h e i r e x c e l l e n t a n t iGb a c t e r i a l a c t i v i t y a n dw i d e a p p l i c a t i o n p o t e n t i a l.I n t h e p r e s e n t p a p e r,t h e e f f e c t s o f p r e p a r a t i o n c o n d i t i o n s(s u c h a sm e t h o d s,p H,c a l c i n a t i o n t e m p e r a t u r e,t i m e,e t c.)a n d p a r t i c l e s i z e o f t h e c o m p o s i t e a n t i b a c t e r i a lm a t e r i a l s o n t h e a n t i b a c t e r i a l p r o p e r t i e sw e r e r e v i e w e d.T h e c l a s s i f i c a t i o na n d a n t i b a c t e r i a lm e c h a n i s mo f z i n c o x i d e c o mGp o s i t e a n t i b a c t e r i a lm a t e r i a l sw e r e s u mm a r i z e d.F i n a l l y,t h e p r o s p e c t s o f z i n c o x i d e c o m p o s i t e sw e r ed i s c u s s e d.I t i s h o p e d t h a t t h e p a p e r r e p o r t e dh e r e i sm e a n i n g f u l f o r t h e r e s e a r c ho f z i n c o x i d e c o m p o s i t e s.K e y w o r d s:z i n c o x i d e(Z n O);a n t i b a c t e r i a lm a t e r i a l s;a n t i b a c t e r i a l a c t i v i t y;a n t i b a c t e r i a lm e c h a n i s m 660902018年第9期(49)卷。
一种Zn(Ⅱ)配合物的晶体结构和抗菌活性(英文)谢鑫;熊启娟;焦天玉;赵凯鹏;程宇凌;何长俊;郑丽茹;熊婷婷;陆娟;金凤【期刊名称】《阜阳师范大学学报:自然科学版》【年(卷),期】2022(39)3【摘要】合成了一种基于氧化三苯基膦配体的Zn(II)合物,通过X-射线单晶衍射,分析了配合物的结构特点,化合物属于三斜晶系,P-1空间群,a=10.005(5),b=19.614(5),c=21.325(5)Å,α=117.054(5),â=98.215(5)°,γ=95. 132(5),V=3632(2)Å^(3),Z=4,D_(c)=1.350Mg/m^(3),F(000)=1520,Ì_(r)=738.07,μ=0.915 mm^(-1),独立衍射点23015个,最终偏离因子R=0.0526,wR=0.1712。
研究了材料的抗菌活性,结果显示材料对葡萄球菌和大肠杆菌都具有好的抗菌性能。
【总页数】6页(P26-31)【作者】谢鑫;熊启娟;焦天玉;赵凯鹏;程宇凌;何长俊;郑丽茹;熊婷婷;陆娟;金凤【作者单位】阜阳师范大学化学与材料工程学院;阜阳师范大学食品与生物工程学院【正文语种】中文【中图分类】O625.15;O626.21【相关文献】1.芳酰腙铜(Ⅱ)和锌(Ⅱ)配合物的合成、晶体结构及抗菌活性2.二核双席夫碱铜(Ⅱ)配合物的合成、晶体结构及抗菌活性研究3.基于2-[1-(2-羟基乙亚胺基)乙基]苯酚的六核铁(Ⅲ)配合物的合成、晶体结构、热稳定性及抗菌活性研究4.螺旋配合物[Zn(C_(28)H_(20)N_4O_2)(CH_3OH)]的合成和晶体结构(英文)5.一种带吡啶悬臂大环异双核Zn(Ⅱ)-Ni(Ⅱ)配合物的合成、晶体结构及其DNA结合/切割性质因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
第46卷第2期2021年4月广州化学Guangzhou ChemistryV ol. 46 No. 2Apr. 2021文章编号:1009-220X(2021)02-0034-05 DOI:10.16560/ki.gzhx.20210213金属与N元素共掺杂TiO2复合材料光催化结晶紫杨茂楠,李莉,杨长龙*,汪康,张榆(齐齐哈尔大学化学与化学工程学院,黑龙江齐齐哈尔161006)摘要:通过溶胶-凝胶法制备出系列金属元素与非金属元素共掺杂TiO2复合材料,采用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、紫外-可见漫反射吸收光谱(UV-vis/DRS)等对样品进行表征。
结果表明,复合材料呈现团聚的块状结构,其中TiO2为典型锐钛矿结构,N和In、Ce、Mn等元素以离子的形式存在。
相比于TiO2,复合材料的光吸收能力明显增强,同时非金属离子的掺杂提高了复合材料的可见光区吸收,金属离子的掺杂增加了复合材料的活性位点。
复合材料在125 W高压汞灯照射下120 min结晶紫被降解82%。
关键词:溶胶-凝胶法;离子掺杂;光催化;结晶紫中图分类号:X703.1 文献标识码:A染料工业是对环境影响最大的行业之一。
染料废水的特点包括生物降解性差、色度高、难降解有机污染物浓度高、成分复杂,对人体健康和生态系统具有毒性、致癌性等[1]。
为了彻底去除有机污染物,多相光催化已经引起了人们广泛的关注[2]。
在这些光催化剂中,二氧化钛光催化成为环境修复的研究热点[3]。
然而,由于锐钛矿二氧化钛的宽带隙,其实际应用受到限制[4]。
因此,有必要开发第二代光催化剂,将可见光活性引入二氧化钛[5]。
为了实现太阳能降解,阴离子掺杂(如氮、硫和氟)已被确认为二氧化钛的有效改性方法[6]。
氮的离子半径非常接近氧的离子半径,以至于氮的p轨道可以有效地与氧的2p轨道合并[7],使N-TiO2形成一个新的杂化能级,使TiO2带隙能降低。
因此,氮掺杂被认为是一个很好的选择。
2021年第1期广东化工第48卷总第435期 · 37 · TiO2掺杂改性提高光催化剂有机物降解能力技术研究进展芦琼*,翟莉慧,肖寒,王玫,马应海(中国石油石油化工研究院兰州化工研究中心,甘肃兰州730060)[摘要]纺织行业生产过程中产生大量有机废水,严重危害环境及人体健康,降解废水中有机污染物成为近年来环保领域的研究热点。
二氧化钛(TiO2)的非均相光催化是有效降解有机污染物最有前途的技术之一。
本文介绍了TiO2的光催化机理并且从金属离子掺杂、非金属离子掺杂、半导体复合、染料敏化等方面综述了提高TiO2光催化效率的研究进展。
[关键词]二氧化钛;光催化;改性;有机染料;掺杂[中图分类号]O643.36;O644.1 [文献标识码]A[文章编号]1007-1865(2021)01-0037-03Research Progress of Doping Modification of TiO2 to Improve PhotocatalystOrganic DegradationLu Qiong*, Zhai Lihui, Xiao Han, Wang Mei, Ma Yinghai(Lanzhou Petrochemical Research Center Petrochemical Research Institute of PetroChina, Lanzhou 730060, China) Abstract:A large amount of organic wastewater from textile industry, which seriously impacts on the environment and human health. In recent years, the degradation of organic pollutants in wastewater has become a research hotspot in the field of environmental protection. The heterogeneous photocatalysis of titanium dioxide (TiO2) is one of the most promising technologies for the effective degradation of organic pollutants. In this paper, photocatalytic mechanism of TiO2 was introduced and the latest research progress on improving the photocatalytic efficiency of TiO2 was summarized which include metal ion doping, non-metal ion doping, composite semiconductors, dye sensitization and so on.Keywords: titanium dioxide;photocatalysis;modification;organic dye;doping半导体光催化作为一种绿色化学技术,近年来受到了极大的关注,在众多的半导体光催化剂中,TiO2作为一种新型的半导体光催化剂,除了具有化学稳定高、氧化能力强、易获取、无毒、制备成本低及反应条件温和等优点外,还具有降解污染物速度快且较完全的特点,被广泛用于各个领域[1]。
表面技术第52卷第11期ZnO基Z型异质结结构光催化性能研究进展吴敏科,任璐*,任瑞祥,李家豪,赵超凡,余洋(苏州科技大学 土木工程学院,江苏 苏州 215011)摘要:氧化锌(ZnO)作为一种常见的光催化剂,存在光能利用率低、效率低、易失活等缺陷,限制了其广泛应用。
通过与带隙结构匹配的半导体材料构筑异质结结构,是解决上述问题的有效途径。
其中,Z型异质结结构是一种新型异质结,由于其电子转移过程构成了英文字母Z的形状,因而称之为Z型异质结。
在光生载流子迁移上,Z型异质结具有独特的结构特点。
不仅能够增加光生电子与空穴的分离效率,还能保持较高的氧化还原能力。
系统地从Z型异质结、二元Z型异质结结构、三元Z型异质结结构3个方面综述了近期ZnO基Z型异质结结构在光催化方面的研究进展。
对ZnO与半导体氧化物、半导体硫化物及其他半导体材料构成二元Z型异质结的机理及其催化性能的提高进行了概括总结。
梳理了三元异质结的光催化机理及三元Z型异质结在光催化性能上的优势。
最后对Z型异质结的研究进行总结,为纳米ZnO光催化氧化技术的应用发展提供参考。
关键词:氧化锌;Z型异质结;光催化;半导体;有机污染物中图分类号:O649.2 文献标识码:A 文章编号:1001-3660(2023)11-0200-16DOI:10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.11.015Research Progresses on Photocatalytic Properties of Z-schemeHeterojunction Structures Based on ZnOWU Min-ke, REN Lu*, REN Rui-xiang, LI Jia-hao, ZHAO Chao-fan, YU Yang(School of Civil Engineering, Suzhou University of Science and Technology, Jiangsu Suzhou, 215011, China)ABSTRACT: As a common photocatalyst, Zinc oxide (ZnO) has some defects, such as poor utilization of light energy, low efficiency and easy deactivation, which limit its wide applications. It is one of the hotspots to solve the above problems to construct ZnO-based heterojunction structures by selecting semiconductor materials that can match the ZnO-band gap structure.Recently, forming Z-scheme heterojunction of ZnO is a new approach to improve its photocatalytic performance because its electron transfer process forms the shape of the English letter "Z". This paper systematically introduced the research progress of nano ZnO photocatalytic efficiency improvement from three aspects: Z-scheme heterojunction structure, binary Z-scheme heterojunction structure, and ternary Z-scheme heterojunction structure. Firstly, heterojunction structures and Z-scheme heterojunction structure were explained in details. Heterojunction structures referred to the contact interfaces between two semiconductor materials with different band structures. Among them, Type-Ⅱtype heterojunction structures were arranged in a收稿日期:2022-08-15;修订日期:2023-03-01Received:2022-08-15;Revised:2023-03-01基金项目:国家自然科学基金(51902219);江苏省自然科学基金(BK20190949);苏州科技大学大学生创新训练项目(202110332040Y)Fund:National Natural Science Foundation of China (51902219); Natural Science Foundation of Jiangsu Province (BK20190949); Innovative Training Program for College Students of Suzhou University of Science and Technology (202110332040Y)引文格式:吴敏科, 任璐, 任瑞祥, 等. ZnO基Z型异质结结构光催化性能研究进展[J]. 表面技术, 2023, 52(11): 200-215.WU Min-ke, REN Lu, REN Rui-xiang, et al. Research Progresses on Photocatalytic Properties of Z-scheme Heterojunction Structures Based on ZnO[J]. Surface Technology, 2023, 52(11): 200-215.*通信作者(Corresponding author)第52卷第11期吴敏科,等:ZnO基Z型异质结结构光催化性能研究进展·201·staggered manner of the two bands, which was the most studied traditional heterojunction structure. Different from Type-Ⅱtraditional heterojunction, the specific carrier migration process of Z-scheme heterojunction structure was as follows: the electrons in the conduction band of the semiconductor Ⅱrecombined with the holes in the valence band of the semiconductor Ⅰ. Meanwhile, the residual electrons mainly existed in the conduction band of semiconductorⅠ, and the holes mainly existed in the valence band of semiconductor Ⅱ. Thus, Z-scheme heterojunction structure had a higher separation efficiency of photogenerated carriers and maintained a high redox capacity. Secondly, ZnO-based binary Z-scheme heterojunction structures were discussed and the mechanisms of the improved of catalytic performance were summarized. Those binary Z-scheme heterojunctions were formed by ZnO with semiconductor oxides (e.g. WO3/ZnO, TiO2/ZnO, CeO2/ZnO, Cu2O/ZnO), semiconductor sulfides (e.g.ZnS/ZnO, CdS/ZnO), and other semiconductor materials (e.g.g-C3N4/ZnO, Ag3PO4/ZnO). The photogenerated electrons retained in the conduction band of ZnO or matched semiconductor maintain high reduction capacity, and the photogenerated holes retained in the valence band of matched semiconductor or ZnO maintain high oxidation capacity.Eventually, the composite catalyst showed better photocatalytic activity. The binary Z-scheme heterojunction constructed with the visible-light semiconductor catalyst could also promote the light response range of ZnO-based photocatalyst from ultraviolet light to visible light, which improved the utilization of light energy, and solved the limitation of ZnO excited only by ultraviolet light. Thirdly, the photocatalytic mechanism of ternary heterojunction and the advantages of ternary Z-scheme heterojunction in photocatalytic performance were reviewed.The ZnO-based ternary Z-scheme heterojunction structure was more complex than the binary heterojunction in terms of composition and charge migration. The most common type of ternary Z-scheme heterojunction was the inclusion of noble metal as an intermediate electron medium between two semiconductor materials (e.g. ZnO-Ag-BiVO4, ZnO-Au-ZnAl2O4).The ternary Z-scheme heterojunction structure of noble metal-ZnO system also could be built through the ZnO-based binary Z-scheme heterojunctions further modified by noble metals (e.g.Au-g-C3N4-ZnO). Other constructions of ternary Z-type heterojunctions were composed of three kinds of semiconductor materials, resulting in a double Z-scheme charge transport (e.g.ZnO/ZnWO4/g-C3N4, Bi2MoO6/ZnSnO3/ZnO). Finally, the research prospect of Z-scheme heterojunctions was summarized.Compared with pure ZnO photocatalyst, ZnO-based Z-scheme heterojunction structure had more potential in the catalysts design, and had more advantages in degradation of organic pollutants, hydrogen production and other photocatalysis. That provides a reference for the design, preparation and performance improvement of other semiconductor materials.KEY WORDS: ZnO; Z-scheme heterojunction; photocatalysis; semiconductor; organic pollutants半导体氧化物具有优异的光催化性能,在环境治理、能源和资源等方面具有很大的应用潜力。