[发明专利]快速光催化杀菌的红磷-氧化锌异质结薄膜的制备方法

说明书

一种快速光催化杀菌的红磷‑氧化锌异质结薄膜的制备方法，包括如下步骤：步骤一，钛片机械抛光处理，依次将钛片打磨，至表面光滑，将抛光钛片依次置于丙酮、无水乙醇和去离子水中各超声清洗15分钟，室温下自然干燥，备用；步骤二，制备红磷薄膜，将步骤一得到的抛光钛片作为基底，用化学气相沉积镀一层均匀的红磷薄膜；步骤三，制备纳米ZnO薄膜，在步骤二得到的沉积有红磷薄膜的基底上用原子层沉积镀一层均匀的纳米ZnO薄膜。其优点是：红磷‑氧化锌异质结薄膜在可见光的照射下能够在20分钟内将细菌全部杀死，并具有广谱抗菌性。另外，红磷‑氧化锌异质结薄膜具有较好的生物相容性。

技术领域

本发明涉及光催化、半导体异质结，生物抗菌材料技术领域，具体地说是一种快速光催化杀菌的红磷-氧化锌异质结薄膜的制备方法。

背景技术

为了应对污染水源、医疗设备和食物中毒等病原微生物和细菌引起的流行疾病，人们对新型抗菌涂层的需求在日益增加。其中，饮用水安全是世界范围内一个紧迫和重要的问题，特别是在大多数缺乏饮用水供应的发展中国家。在发展中国家由于饮用水中含有细菌，真菌等病原微生物已经导致了80％水源性的疾病。例如，仅在2012年，由于饮用水问题就有150万人死于与致病微生物有关的腹泻病。另外，随着工业化的快速发展，环境污染进一步加剧了水质污染，从而更容易传染水源性疾病。

饮用水的太阳能消毒(SODIS)是世界范围内消毒用水的最重要手段之一。然而，SODIS主要取决于紫外光(仅占总太阳光谱能量的4％)，这导致处理速度慢并且耗时(曝光时间6-48小时)。因此，开发快速，节能，环保，低成本的处理路线，对于有效安全地进行水消毒，对捕获太阳能中可见光来加快净化水源具有重要意义。

各种抗菌策略，如抗生素装载结构，银基系统等都有许多缺点和潜在的风险。具体来说，滥用抗生素会导致抗生素耐药细菌的出现，甚至超级细菌的出现。此外，银基体系对人体健康(即银中毒)和环境具有显著的毒性作用，并且银在地壳中天然丰度仅为0.075ppm。

磷是地球中含量丰富且分布广泛的元素，在地球上有大约1000亿吨。元素P存在三种同素异形体，包括白磷，黑磷和红磷，其中红磷(非晶态和结晶态)已被用于可见光下的光催化产氢和分解水。更重要的是，红磷无毒，相对稳定，经济和环保。纤维相红磷是直接带隙半导体，禁带宽度为1.5eV，因此在太阳能驱动的光催化杀菌中具有巨大应用潜力。

氧化锌是室温下直接带隙(3.37eV)的重要半导体材料，因其成本低，无毒性，在光催化领域得到了广泛的研究。然而，ZnO的宽带隙限制了它在太阳光谱的可见光区域的活性。另外，由于单组分光催化剂的光生电子和空穴容易重新结合，电荷分离效率较低和电荷载体快速复合导致ZnO的光催化效率较差。

发明内容

在这项研究中，描述了一种RP/ZnO异质结薄膜吸收可见光从而驱动水分解反应来实现快速光催化水消毒。在RP/ZnO异质结界面处，光激发载流子输运过程能够被高效实现，所以可见光光催化产生的ROS(活性氧)可用于快速杀死细菌(金黄色葡萄球菌和大肠杆菌)。

本发明的目的是为了解决上述技术缺陷和问题，提供的一种抗菌效果高效和广谱的快速光催化杀菌的红磷-氧化锌异质结薄膜的制备方法，具体包括如下步骤：

步骤一，钛片机械抛光处理

在抛光机上用240和800目金刚砂依次将钛片打磨，至表面光滑，将抛光钛片依次置于丙酮、无水乙醇和去离子水中各超声清洗15分钟，室温下自然干燥，备用；

步骤二，制备红磷薄膜

将步骤一得到的抛光钛片作为基底，采用化学气相沉积(CVD)镀一层均匀的红磷薄膜，

且具体步骤为：

1)将红磷粉末放在200℃下，水热处理9-15h，缓慢降至室温，真空干燥后研磨至100微米以下的均匀粉末；