一種三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料的制備方法，該制備方法包括步驟如下：選取基底片，清洗選取的基底片，以三氧化鉬粉末為生長源，利用物理氣相沉積的方法，以清洗干凈的基底片為基礎(chǔ)制備三氧化鉬納米片，得到三氧化鉬納米片；以得到的三氧化鉬納米片作為基片，以硫粉作為硫源，利用化學(xué)氣相沉積法高溫硫化制備三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料，得到三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料。本發(fā)明的三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料的制備方法簡單易行。本發(fā)明制備的三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料可實(shí)現(xiàn)在可見光區(qū)域的光催化響應(yīng)，大大提高了太陽光的利用率。兩種材料之間能帶匹配，可以實(shí)現(xiàn)光生電子空穴的有效分離，從而復(fù)合材料表現(xiàn)出較高的光催化效率。
【專利說明】
一種三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及光催化抗菌材料技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在醫(yī)療保健領(lǐng)域中，由細(xì)菌感染引起的疾病非常普遍。因此抑制細(xì)菌生長對于人體健康是十分必要的。在過去的幾十年里，抗生素已經(jīng)被廣泛用來抗菌，但是細(xì)菌很容易對抗生素產(chǎn)生抗體，而且抗生素很難應(yīng)用在生物醫(yī)療器械中。故在醫(yī)療器械表面制備一層抗菌薄膜對于抑制細(xì)菌生長是非常必要的。
[0003]半導(dǎo)體材料是一類應(yīng)用普遍的光催化材料，被人們應(yīng)用在生活中的各個(gè)方面，如降解有機(jī)污染物，光解水制氫等領(lǐng)域。近幾年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)利用其光催化性質(zhì)，半導(dǎo)體材料可以作為一種有效的抗菌材料。寬帶半導(dǎo)體材料在紫外光的照射下，可以產(chǎn)生光生電子空穴對。這些光生電子、空穴迀移到材料表面可以與空氣中的水、氧氣反應(yīng)生成活性氧。活性氧可以氧化細(xì)菌的輔酶，細(xì)胞膜，甚至直接破壞細(xì)菌的DNA，最終達(dá)到殺菌的目的。三氧化鉬是一種典型的寬禁帶半導(dǎo)體，在光催化領(lǐng)域具有較多的研究。但是三氧化鉬僅在紫外光范圍內(nèi)有響應(yīng)，而紫外光在太陽光中僅占5%左右，且光生空穴電子對不穩(wěn)定，容易復(fù)合，光催化效率較低。為提高對太陽光的利用率和光催化效率，對三氧化鉬的修飾受到越來約多的關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004](一)要解決的技術(shù)問題
[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就是如何提高太陽光的利用率和光催化效率，產(chǎn)生穩(wěn)定的電子空穴對，有效的殺滅細(xì)菌，而提供一種三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合光催化抗菌材料的制備方法。
[0006](二)技術(shù)方案
[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合光催化抗菌材料的制備方法(所用原料均市購得到)，該制備方法包括:制備三氧化鉬納米片，所得三氧化鉬納米片厚度為100?500nm;將得到的三氧化鉬納米片表面硫化，得到三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料，所述復(fù)合材料厚度為100?500nm。
[0008]優(yōu)選地，該制備方法包括步驟如下:
[0009]步驟一:選取基底片，其尺寸為0.5-2cm X 0.5-2cm，分別用丙酮，乙醇和水超聲清洗選取的基底片，以三氧化鉬粉末為生長源，利用物理氣相沉積的方法，以清洗干凈的基底片為基礎(chǔ)制備三氧化鉬納米片，其制備條件為:真空度10-100Pa，加熱區(qū)溫度700?800°C，基底片區(qū)溫度400-700°C，承載氣體為氮?dú)饣驓鍤?，其流量?0-80毫升/分，反應(yīng)時(shí)間1-10分;然后自然冷卻到室溫，得到三氧化鉬納米片；
[0010]步驟二:以步驟一得到的三氧化鉬納米片作為基片，以硫粉作為硫源，利用化學(xué)氣相沉積法高溫硫化制備三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料，其反應(yīng)條件為:加熱區(qū)溫度為400?8000C，硫源區(qū)溫度為200?400°C，承載氣體為氮?dú)饣驓鍤?，其流量?0_60毫升/分，硫化時(shí)間5-30分;然后自然冷卻到室溫，得到三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料。
[0011]優(yōu)選地，所述的基底片為硅片、石英片或三氧化二鋁片，所述的基底片尺寸為IcmX Icm0
[0012]優(yōu)選地，在步驟一中，所述的物理氣相沉積是在真空管式爐中進(jìn)行，將三氧化鉬粉末至于真空管式爐的中心加熱區(qū)，將所述的基底置于管式爐氣流下游低溫區(qū)。
[0013]優(yōu)選地，在步驟二中，所述的化學(xué)氣相沉積是在真空管式爐中進(jìn)行，將所述的硫粉置于氣流上游低溫區(qū)，將步驟一中得到的三氧化鉬納米片置于真空管式爐中心加熱區(qū)。
[0014]優(yōu)選地，在步驟一中，其反應(yīng)條件為:真空度50Pa，加熱區(qū)溫度785°C，基底片區(qū)溫度550 0C，承載氣體為氮?dú)?，其流量?0毫升/分，反應(yīng)時(shí)間5分。
[0015]優(yōu)選地，在步驟二中，其反應(yīng)條件為:加熱區(qū)溫度為600°C，硫源區(qū)溫度為300°C，承載氣體為氮?dú)?，其流量?0毫升/分，硫化時(shí)間10分。
[0016]本發(fā)明還提供了所述三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合光催化抗菌材料的制備方法所制備的三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料。
[0017]本發(fā)明還提供了所述三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料的用途，將所述的三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料置于可見光的光照下照射5-15分鐘，抗菌率達(dá)到99%以上。
[0018](三)有益效果
[0019]本發(fā)明的三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合光催化抗菌材料的制備方法簡單易行。本發(fā)明制備的三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料可實(shí)現(xiàn)在可見光區(qū)域的光催化響應(yīng)，大大提高了太陽光的利用率。同時(shí)兩種材料之間能帶匹配，可以實(shí)現(xiàn)光生電子空穴的有效分離，從而復(fù)合材料表現(xiàn)出較高的光催化效率。
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1是本發(fā)明制備的三氧化鉬的SEM圖；
[0022]圖2是本發(fā)明制備的三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料的SEM圖；
[0023]圖3是本發(fā)明制備的三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料的X-射線衍射圖；
[0024]圖4是本發(fā)明備的三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料的EDS能譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不能用來限制本發(fā)明的范圍。
[0026]實(shí)施例1
[0027](I)取長度lcm，寬度Icm的硅片，依次在丙酮、無水乙醇和超純水中超聲清洗，以得到表面干凈的基片；
[0028](2)將裝有Ig三氧化鉬粉末的剛玉舟置于真空管式爐的中心加熱區(qū)(氣流上游)，干凈的硅片置于管式爐低溫生長區(qū)(氣流下游)，生長時(shí)基片溫度為550°C左右。抽真空以除去真空管式爐爐管內(nèi)的空氣，保持管內(nèi)壓力為10Pa，在60sccm的氮?dú)饬髁肯?，加熱區(qū)至785°C，生長時(shí)間為5min。隨后關(guān)閉加熱自然冷卻至室溫，得到三氧化鉬納米片。
[0029](3)將裝有0.5g硫粉末的剛玉舟置于真空管式爐氣流上游低溫區(qū)，將(2)中制備的三氧化鉬納米片置于真空管式爐中心加熱區(qū)。抽真空除去管內(nèi)空氣。然后通入氮?dú)庵琳婵展苁綘t爐管內(nèi)壓力為常壓。在20sCCm的氮?dú)饬髁肯?，硫粉溫度?00°C，中心加熱區(qū)溫度為600°C，共同保持lOmin。隨后關(guān)閉加熱，自然冷卻至室溫，得到三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料。
[0030]三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)表征:
[0031]將實(shí)施例1得到的三氧化鉬納米片和三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料進(jìn)行掃描電鏡(SEM)觀測，結(jié)果如圖1、圖2所示；圖1中三氧化鉬納米片厚約500nm，表面光滑平整；圖2中三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料尺寸與未硫化前相近，但表面粗糙，有很多褶皺。
[0032]圖3是實(shí)施例1得到的三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料的X-射線衍射圖。從圖3可以看出，制備得到的三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料的特征衍射峰包括了三氧化鉬(110)、(040),(211)和二硫化鉬(002)、( 100)的特征衍射峰，表明成功制備了三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料；
[0033]圖4是實(shí)施例1得到的三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料的EDS能譜圖。從圖4可以看出，鉬(Mo)，氧(O)和硫(S)三種元素的存在，且信號(hào)強(qiáng)度很高，說明三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料中有以上三種元素的存在。
[0034]實(shí)施例2
[0035]按照實(shí)施例1的方法制備三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料，不同的是制備三氧化鉬微米片時(shí)將中心區(qū)域的溫度調(diào)整為750°C。所得產(chǎn)物進(jìn)行實(shí)施例1中的各類表征，發(fā)現(xiàn)制備的三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料相對于實(shí)施例1中的復(fù)合材料量較少，尺寸也較小。其余特征基本相同。
[0036]實(shí)施例3
[0037]按照實(shí)施例1的方法制備三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料，不同的是制備三氧化鉬微米片時(shí)將中心區(qū)域的溫度調(diào)整為800°C。所得產(chǎn)物進(jìn)行實(shí)施例1中的各類表征，發(fā)現(xiàn)制備的復(fù)合材料相對于實(shí)施例1中的三氧化鉬和二硫化鉬材料量較多，尺寸較大，但并不均一。其余特征基本相同。
[0038]實(shí)施例4
[0039]按照實(shí)施例1的方法制備三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料，不同的是制備三氧化鉬微米片時(shí)將生長時(shí)間調(diào)整為lOmin。所得產(chǎn)物進(jìn)行實(shí)施例1中的各類表征，發(fā)現(xiàn)制備的復(fù)合材料相對于實(shí)施例1中的三氧化鉬和二硫化鉬材料量較多，尺寸也較大。其余特征基本相同。
[0040]實(shí)施例5
[0041]按照實(shí)施例1的方法制備三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料，不同的是制備三氧化鉬微米片時(shí)將生長時(shí)間調(diào)整為30min。所得產(chǎn)物進(jìn)行實(shí)施例1中的各種表征，發(fā)現(xiàn)制備的復(fù)合材料相對于實(shí)施例1中的三氧化鉬和二硫化鉬材料尺寸大很多，且大小不均一，生長的量也大很多。其余特征基本相同。
[0042]實(shí)施例6
[0043]按照實(shí)施例1的方法制備三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料，不同的是制備三氧化鉬微米片時(shí)將基片溫度調(diào)整為500°C。所得產(chǎn)物進(jìn)行實(shí)施例1中的各類表征，發(fā)現(xiàn)制備的復(fù)合材料相對于實(shí)施例1中的三氧化鉬和二硫化鉬材料量大幅度減少，尺寸變小，形貌不均一，材料在基片表面分布較為稀疏。其余特征基本相同。
[0044]實(shí)施例7
[0045]按照實(shí)施例1的方法制備三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料，不同的是制備三氧化鉬微米片時(shí)將基片溫度調(diào)整為650°C。所得產(chǎn)物進(jìn)行實(shí)施例1中的各類表征，發(fā)現(xiàn)制備的復(fù)合材料相對于實(shí)施例1中的三氧化鉬和二硫化鉬材料量較多，尺寸遠(yuǎn)大于實(shí)施例1中得到的材料大小。其余特征基本相同。
[0046]實(shí)施例8
[0047]按照實(shí)施例1的方法制備三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料，不同的是硫化三氧化鉬微米片制備三氧化鉬/ 二硫化鉬復(fù)合材料時(shí)將硫源的溫度調(diào)整為200°C。所得產(chǎn)物進(jìn)行實(shí)施例I中的各類表征，發(fā)現(xiàn)制備的復(fù)合材料中三氧化鉬比例更高，相對于實(shí)施例1中的三氧化鉬和二硫化鉬材料表面較光滑，結(jié)晶性略好。其余特征基本相同。
[0048]實(shí)施例9
[0049]按照實(shí)施例1的方法制備三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料，不同的是硫化三氧化鉬微米片制備三氧化鉬/ 二硫化鉬復(fù)合材料時(shí)將硫源的溫度調(diào)整為400°C。所得產(chǎn)物進(jìn)行實(shí)施例I中的各類表征，發(fā)現(xiàn)制備的復(fù)合材料二硫化鉬的比例更高，相對于實(shí)施例1中的三氧化鉬和二硫化鉬材料表面更粗糙，結(jié)晶性更差。其余特征基本相同。
[0050]實(shí)施例10
[0051]按照實(shí)施例1的方法制備三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料，不同的是硫化三氧化鉬微米片制備三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料時(shí)中心加熱區(qū)溫度調(diào)整為400°C。所得產(chǎn)物進(jìn)行實(shí)施例1中的各類表征，發(fā)現(xiàn)制備的復(fù)合材料三氧化鉬的比例更高，相對于實(shí)施例1中的三氧化鉬和二硫化鉬材料表面更光滑，結(jié)晶性更好。其余特征基本相同。
[0052]實(shí)施例11
[0053]按照實(shí)施例1的方法制備三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料，不同的是硫化三氧化鉬微米片制備三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料時(shí)中心加熱區(qū)溫度調(diào)整為800°C。所得產(chǎn)物進(jìn)行實(shí)施例1中的各類表征，發(fā)現(xiàn)制備的復(fù)合材料中二硫化鉬比例更高，相對于實(shí)施例1中的三氧化鉬和二硫化鉬材料表面更為粗糙，結(jié)晶性更差。其余特征基本相同。
[0054]試驗(yàn)例I
[0055]性能測試:
[0056]將實(shí)施例1得到的三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料進(jìn)行光催化抗菌性能測試:
[0057]用平板計(jì)數(shù)法來檢測復(fù)合材料的光催化抗菌活性。將用LB培養(yǎng)液培養(yǎng)的金黃色葡萄球菌過夜，然后稀釋為108CFU/ml的懸浮液，取80μ1滴在復(fù)合材料表面。Xe燈為光源，加上400-700nm的濾光片以保證光源為可見光，光功率密度為lW/cm2，光照含有細(xì)菌的基片1min，結(jié)果表明抗菌效率可達(dá)99%以上。不加樣品光照1min和加樣品不光照的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，細(xì)菌數(shù)量與未處理過的細(xì)菌數(shù)目相近，說明實(shí)驗(yàn)所用光照條件和復(fù)合材料本身對細(xì)菌生長影響較小。對比實(shí)驗(yàn)表明在光照下，復(fù)合材料對細(xì)菌有明顯的殺傷作用，說明三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料具有很好的可見光催化抗菌性能。
[0058]以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而非對本發(fā)明的限制。盡管參照實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行各種組合、修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該制備方法包括:制備三氧化鉬納米片，所得三氧化鉬納米片厚度為100?500nm;將得到的三氧化鉬納米片表面硫化，得到三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料，所述復(fù)合材料厚度為100?500nm。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，該制備方法包括步驟如下: 步驟一:選取基底片，其尺寸為0.5-2cm X 0.5-2cm，分別用丙酮，乙醇和水超聲清洗選取的基底片，以三氧化鉬粉末為生長源，利用物理氣相沉積的方法，以清洗干凈的基底片為基礎(chǔ)制備三氧化鉬納米片，其制備條件為:真空度10-100Pa，加熱區(qū)溫度700?800°C，基底片區(qū)溫度400-700 °C，承載氣體為氮?dú)饣驓鍤猓淞髁繛?0-80毫升/分，反應(yīng)時(shí)間1-1O分;然后自然冷卻到室溫，得到三氧化鉬納米片； 步驟二:以步驟一得到的三氧化鉬納米片作為基片，以硫粉作為硫源，利用化學(xué)氣相沉積法高溫硫化制備三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料，其反應(yīng)條件為:加熱區(qū)溫度為400?800°C，硫源區(qū)溫度為200?400°C，承載氣體為氮?dú)饣驓鍤?，其流量?0-60毫升/分，硫化時(shí)間5-30分;然后自然冷卻到室溫，得到三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述的基底片為硅片、石英片或三氧化二鋁片，所述的基底片尺寸為IcmX Icm04.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在步驟一中，所述的物理氣相沉積是在真空管式爐中進(jìn)行，將三氧化鉬粉末至于真空管式爐的中心加熱區(qū)，將所述的基底置于管式爐氣流下游低溫區(qū)。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在步驟二中，所述的化學(xué)氣相沉積是在真空管式爐中進(jìn)行，將所述的硫粉置于氣流上游低溫區(qū)，將步驟一中得到的三氧化鉬納米片置于真空管式爐中心加熱區(qū)。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在步驟一中，其反應(yīng)條件為:真空度50Pa，加熱區(qū)溫度785°C，基底片區(qū)溫度550°C，承載氣體為氮?dú)?，其流量?0毫升/分，反應(yīng)時(shí)間5分。7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，在步驟二中，其反應(yīng)條件為:加熱區(qū)溫度為600 V，硫源區(qū)溫度為300 V，承載氣體為氮?dú)?，其流量?0暈升/分，硫化時(shí)間10分。8.權(quán)利要求1-7所述的三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料的制備方法所制備的三氧化鉬/二硫化鉬復(fù)合材料。9.權(quán)利要求8所述的三氧化鉬和二硫化鉬復(fù)合材料的用途，其特征在于，將所述的三氧化鉬/二硫化鉬復(fù)合材料置于可見光的光照下照射5-15分鐘，抗菌率達(dá)到99%以上。
【文檔編號(hào)】A01P3/00GK105854901SQ201610252480
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月21日
【發(fā)明人】楊蓉, 煉錚, 韓秋森, 王田, 王琛
【申請人】國家納米科學(xué)中心