碳量子点修饰石墨氮化碳复合材料及其制备方法和应用

本发明涉及光催化剂，具体地，涉及一种碳量子点修饰石墨氮化碳复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、传统的抗生素治疗使细菌对药物产生了抗药性。并导致发病率的增加。金黄色葡萄球菌和大肠杆菌是革兰氏阳性和阴性细菌的代表，是最常见的病原体。其产生的危害影响着人类的身体健康。大肠杆菌作为革兰氏阴性菌，是一种条件致病菌，可引起胃肠道感染或各种组织器官的局部感染；金黄色葡萄球菌为一种常见的食源性致病微生物，常寄生于人和动物的皮肤、鼻腔、咽喉中。抗菌药物使用频率的增加、临床应用范围的扩大、药物种类的增多等情况使细菌的耐药性问题日益严重。光催化剂由于经济环保高效而得到研究者的青睐。

2、石墨氮化碳(g-c3n4)作为一种非金属半导体，由c、n两种元素组成，带隙约为2.7ev，其对可见光有响应，并且结构可控，稳定性好，具有良好的光催化性能，因此成为光催化领域的研究热点。碳量子点(cqds)是一种新型的碳纳米材料，由于其独特的物理化学、光学和电子性能，在生物传感、药物传递、和生物成像等多个领域都有长足发展。近年来通过碳点修饰石墨氮化碳的方法已得到广泛研究，cqds@g-c3n4活性增强的机制通常归因cqds的光敏化、电荷分离改善和上转换荧光效应的协同作用。更具体地说，cqds可以在光催化系统中发挥多种功能，如电子介质、电子储层、光敏剂、光谱转换器和单个光催化剂。特别是发现了cqds独特的pl性质，即上转换，它可以通过连续吸收两个或多个较长波长的光子，将cqds上的低能光子转移到高能光子，进一步扩大了可利用光的范围。

3、因此，构建cqds@g-c3n4复合光催化剂以增强可见光驱动的光催化能力并将其应用于灭活细菌具有理论和实际意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了增强目前光催化剂的可见光驱动的光催化能力并将其应用于灭活细菌的领域中，从而提供一种碳量子点修饰石墨氮化碳复合材料及其制备方法和应用，该碳量子点修饰石墨氮化碳复合材料将光催化剂的光响应范围扩大至可见光，具有较低的带隙，界面处电荷的分离和转移较快，从而具有较高光生电子和空穴重组速率来提高了光催化杀菌性能，同时，该制备方法流程简单，成本低廉，对环境友好。

2、为了实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种碳量子点修饰石墨氮化碳复合材料，所述碳量子点修饰石墨氮化碳复合材料包括石墨氮化碳纳米片和碳量子点；其中，

3、所述碳量子点负载在所述石墨氮化碳纳米片上；

4、所述碳量子点为上转换碳量子点；

5、所述碳量子点修饰石墨氮化碳复合材料中碳量子点的质量百分数为0.5-2wt％。

6、第二方面，本发明提供了一种碳量子点修饰石墨氮化碳复合材料的制备方法，所述制备方法包括：将石墨氮化碳纳米片与上转换碳量子点通过水热法合成碳量子点修饰石墨氮化碳复合材料。

7、第三方面，本发明提供了一种第二方面所述的制备方法制得的碳量子点修饰石墨氮化碳复合材料。

8、第四方面，本发明提供了一种利用第一方面或第三方面所述的碳量子点修饰石墨氮化碳复合材料作为光催化剂在细菌抑制和灭活中的应用。

9、在上述技术方案中，本发明的碳量子点修饰石墨氮化碳复合材料通过以铵盐为气体模板，通过简单的水热法对g-c3n4光催化剂表面进行了均匀、稳定的改性，成功合成了一种上转换碳量子点修饰石墨氮化碳复合材料(cqds@cns)，石墨氮化碳(cns)的紫外-可见吸收光谱和碳量子点(cqds)的上转换发射光谱的重叠产生了强烈的光谱耦合，诱导了从紫外到近红外(nir)区域的宽带光催化响应，本发明的cqds@cns不仅通过加载cqds将光吸收区域扩大到可见光，促进e--h+对的产生，还缩短了能带，增强了结界面电荷的分离和转移。可将其用于可见光照射下的细菌消毒。

10、同时，该制备方法避免了复杂的剥离过程，操作简单、可控、生产成本低、对人体危害小，为提高光催化抗菌效率以及石墨氮化碳的开发和应用提供了一种可靠的方案。

11、进一步本发明的碳量子点修饰石墨氮化碳复合材料对金黄色葡萄球菌的最低抑菌浓度(mic)为40ppm，对大肠杆菌的抑菌效率达到12.5ppm，效果得到很大的提升。

12、本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.一种碳量子点修饰石墨氮化碳复合材料，其特征在于，所述碳量子点修饰石墨氮化碳复合材料包括石墨氮化碳纳米片和碳量子点；其中，

2.一种碳量子点修饰石墨氮化碳复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将石墨氮化碳纳米片与上转换碳量子点通过水热法合成碳量子点修饰石墨氮化碳复合材料。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述碳量子点修饰石墨氮化碳复合材料中上转换碳量子点的质量百分数为0.5-2wt％。

4.根据权利要求2或3中所述的制备方法，其特征在于，所述石墨氮化碳纳米片的制备方法包括：以铵盐为气泡模板，胺类化合物为前驱体，煅烧；

5.根据权利要求2-4中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述上转换碳量子点的制备方法包括：碳源与水加热合成。

6.根据权利要求5中所述的制备方法，其特征在于，所述碳源选自柠檬酸、乳酸、乙酸、尿素、三聚氰胺和双氰胺中的一种或两种以上；

7.根据权利要求2-5中任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述加热的条件包括：温度为180℃-200℃，时间为20-24h。

8.根据权利要求2-7中任意一项所述的制备方法制得的碳量子点修饰石墨氮化碳复合材料。

9.一种如权利要求1或8所述的碳量子点修饰石墨氮化碳复合材料作为光催化剂在细菌抑制和灭活中的应用。

10.根据权利要求9所述的应用，其中，所述细菌为大肠杆菌和/或葡萄球菌；

技术总结本发明公开了一种新型多孔上转换碳量子点(CQDs)修饰石墨氮化碳(g‑C<subgt;3</subgt;N<subgt;4</subgt;)纳米片(CQDs@CNS)及其制备方法和作为可见光诱导光催化抑菌杀菌的方法。该制作方法包括：以铵盐为气泡模板，胺类化合物为前驱体，高温煅烧成石墨氮化碳纳米片CNS，再以水热法合成上转换发光碳点，最后通过一步水热合成CQDs@CNS复合材料。本发明的光催化剂抑菌性能增强，解决了石墨氮化碳比表面积过大的问题。同时CQDs的上转换性能不仅扩大光响应范围至可见光，而且缩短了带隙，加速了界面处电荷的分离和转移，抑制了CNS的光生电子和空穴重组。优化后的1.5wt％CQDs@CNS的MIC约为CNS的10倍，可在30min内完全杀死大肠杆菌，降解效率高达100％。且生物相容性良好，能应用于生物体。技术研发人员：杜金艳,徐娜,徐启迪,刘世纪,侯金瑞受保护的技术使用者：安徽师范大学技术研发日：技术公布日：2024/8/20