Ag/Pd合金空心纳米球及其制备方法和在制备抗菌复合材料中的应用

本发明属于复合材料领域，具体涉及一种ag/pd空心纳米球及其制备方法和在制备抗菌复合材料中的应用。

背景技术：

1、致病菌引起的细菌感染可发生在人体呼吸道、皮肤、血液等部位，严重威胁人体生命健康。在抗生素研制成功后，学者们使用抗生素杀灭细菌，并取得了良好的效果。但随着抗生素的过度使用，微生物对抗生素的耐药性逐渐增加，杀菌效果不明显。此外，抗生素的滥用，残留在我们的生活环境中，还进一步危害着人类的生命健康。目前的杀菌方式仍多为传统的杀菌方式，包括紫外线照射、氯、臭氧等强氧化物，这种杀菌手段抗菌不及时，耗时长，容易对环境造成二次污染。因此，迫切需要开发一种快速、及时、有效的杀菌方法。

2、纳米技术的快速发展使各个领域的发展有了质的飞跃，也为新的抗菌方法带来了新的研究方向。大量学者表明，许多纳米材料对细菌具有良好的抗菌作用。在材料的纳米结构中，由于形状和尺寸的不同，以及比表面积的不同，材料的化学和物理性能也有所不同。因此，利用纳米材料作为抗菌剂是解决抗菌材料不足问题的一种非常有效的方法。目前，用于抗菌的纳米材料包括碳基材料、金属纳米颗粒、金属氧化物/硫化物和功能聚合物。在众多抗菌纳米材料中，银纳米颗粒因其优异的抗菌能力和良好的生物相容性在生物学领域得到了很大的发展。作为一种抗菌剂，银具有广谱抗菌和强抗菌的特点，因此，作为微生物抗菌材料的首选，其大的比表面积在与细菌接触时可以提供更多的吸附位点。此外，银在含氧环境中会发生氧化反应，释放ag+，ag+会破坏细菌细胞膜，导致细菌死亡。

3、银纳米材料具有良好的与微生物相互作用的能力，是一种很好的抗菌剂。活性氧的产生和银离子的释放是银纳米粒子的两个主要抑菌机制。但纯银纳米材料表面的结合能较大，纳米结构容易产生团聚现象，限制了银纳米材料的应用。纳米银的成本较高，大量使用金属元素作为抗菌材料将是昂贵的，过度使用金属也会对人类的生活环境造成不利影响。人们发现，单一金属纳米颗粒的抗菌效率无法满足实际抗菌的要求，如何制备具有多种功能的抗菌材料受到关注。

技术实现思路

1、针对上述现有的技术存在的问题，本发明提供一种ag/pd空心纳米球及其制备方法和在ag/pd空心纳米球及其制备方法和在制备抗菌复合材料中的应用。本发明首先制备了ag空心纳米球，再通过ag与pd的置换反应合成了不同摩尔比的ag/pd合金空心纳米球。ag纳米材料经过pd的置换反应，增强了ag/pd空心纳米球在可见光照射下的光催化和光热性能。在阳光下显著提高了类氧化酶性能，1o2产率提高了约20％。本发明制备的ag/pd-pan纳米复合材料本身具有很好的杀菌作用，无需任何辅助，3h可以几乎可以杀死所有细菌。如果采用阳光照射，4min就可以杀死所有细菌，可以实现快速杀菌的目的。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、本发明的第一个目的是提供一种ag/pd合金空心纳米球的制备方法，包括以下步骤：

4、将乙二醇加热至130-150℃后，向乙二醇中加入硫化剂、酸液、聚乙烯吡咯烷酮和agno3溶液得到反应液，搅拌条件下进行反应至反应液变色为灰黄色；然后将所得溶液放置在冰水浴中进行迅速冷却，得到银纳米胶体溶液；对银纳米胶体溶液进行离心分离，将得到的ag空心纳米球分散在水中得到银纳米水分散体；优选的，所述硫化剂为硫化钠或硫氢化钠；所述酸液为盐酸；

5、在85-95℃温度环境中，将银纳米水分散体分散在乙二醇中，并加入氯钯酸盐，反应3-8min后将所得溶液放置在冰水浴中进行迅速冷却，经过离心分离、洗涤，得到ag/pd合金空心纳米球。优选的，所述氯钯酸盐为氯钯酸钾或氯钯酸钠。所述ag/pd合金空心纳米球中ag、pd的摩尔比为1:(0.1-0.5)。

6、本发明的第二个目的是提供一种ag/pd合金空心纳米球，其是采用如上述第一个目的所述的制备方法制备所得。

7、本发明的第三个目的是提供如上述第二个目的所述的ag/pd合金空心纳米球在制备抗菌复合材料中的应用，所述抗菌复合材料包括载体材料、增强剂、增塑剂和ag/pd合金空心纳米球。优选的，所述载体材料为聚丙烯腈或聚偏氟乙烯，增强剂为纳米纤维素，增塑剂为聚乙烯氧化物。

8、进一步方案，所述抗菌复合材料的制备方法如下：将载体材料、增强剂、增塑剂和ag/pd合金空心纳米球分散在分散剂中得到混合液，混合液经静电纺丝制备得到纳米纤维膜，即抗菌复合材料。

9、本发明的有益效果如下：

10、本发明选用乙二醇为溶剂，控制反应温度为130-150℃，反应过程中当溶液变为灰黄色后将其放入冰水浴中进行迅速冷却，制备得到ag空心纳米球；然后通过ag与pd的置换反应合成了ag/pd合金空心纳米球，pd置换过的ag纳米球在光照下提高了氧化酶样特性的性能，1o2的产量提高了约20％。同时，合成的ag/pd空心纳米球表现出优异的光热转换性能(28.16％)，由此制备的ag/pd-pan薄膜温度瞬间升高至58.5℃。本申请制备的产物为空心结构，其具有较大的比表面积，相比于传统的纳米结构而言，同等材料用量情况下，空心结构会伴随着相应的光热效应提升和加速ag+的有效释放。本发明以ag/pd合金空心纳米球为抗菌剂，将其与载体材料、增强剂、增塑剂等混合后通过静电纺丝制备得到抗菌复合材料，该材料具有优异的杀菌能力。在阳光照射下，其杀菌速度尤其明显，杀菌时间由3h缩短至4min。抑菌机理表明，ag+的有效释放、ros的快速产生和太阳照射温度的急剧升高是其快速杀菌的主要原因。此外，ag/pd合金空心纳米球具有很低的生物毒性，基于该材料的灭菌策略在口罩等个人防护装备的及时灭菌方面具有很大的应用前景。

技术特征：

1.一种ag/pd合金空心纳米球的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的ag/pd合金空心纳米球的制备方法，其特征在于：所述硫化剂为硫化钠或硫氢化钠。

3.根据权利要求1所述的ag/pd合金空心纳米球的制备方法，其特征在于：所述酸液为盐酸。

4.根据权利要求1所述的ag/pd合金空心纳米球的制备方法，其特征在于：所述氯钯酸盐为氯钯酸钾或氯钯酸钠。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的ag/pd合金空心纳米球的制备方法，其特征在于：所述ag/pd合金空心纳米球中ag、pd的摩尔比为1:(0.1-0.5)。

6.一种ag/pd合金空心纳米球，其特征在于：其是采用如权利要求1至4中任一项所述的制备方法制备所得。

7.如权利要求6所述的ag/pd合金空心纳米球在制备抗菌复合材料中的应用，其特征在于：所述抗菌复合材料包括载体材料、增强剂、增塑剂和如权利要求6所述的ag/pd合金空心纳米球。

8.根据权利要求7所述的ag/pd合金空心纳米球在制备抗菌复合材料中的应用，其特征在于：所述载体材料为聚丙烯腈或聚偏氟乙烯。

9.根据权利要求7或8所述的ag/pd合金空心纳米球在制备抗菌复合材料中的应用，其特征在于：所述抗菌复合材料的制备方法如下：将载体材料、增强剂、增塑剂和ag/pd合金空心纳米球分散在分散剂中得到混合液，混合液经静电纺丝制备得到纳米纤维膜，即抗菌复合材料。

技术总结
本发明公开了一种Ag/Pd合金空心纳米球及其制备方法和在制备抗菌复合材料中的应用。本发明选用乙二醇为溶剂，向乙二醇中加入硫化剂、酸液、聚乙烯吡咯烷酮和AgNO<subgt;3</subgt;得到反应液，控制反应温度为130‑150℃，反应过程中当溶液变为灰黄色后将其放入冰水浴中进行迅速冷却，制备得到Ag空心纳米球；然后通过Ag与Pd的置换反应合成了Ag/Pd合金空心纳米球，该Ag/Pd空心纳米球表现出优异的光热转换性能。本发明以Ag/Pd合金空心纳米球为抗菌剂，将其与载体材料、增强剂、增塑剂等混合后通过静电纺丝制备得到抗菌复合材料，该材料具有优异的杀菌能力。在阳光照射下，其杀菌速度尤其明显，杀菌时间由3h缩短至4min。

技术研发人员：王振洋,张淑东,赵君,刘翠,李年,刘变化
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12