一种茶多酚碳量子点纳米复合材料及其制备方法与应用与流程

本发明属于抗菌碳纳米材料，具体涉及一种茶多酚碳量子点纳米复合材料及其制备方法与应用。

背景技术：

1、微生物引起的感染对公众健康构成严重风险，近年来病原体对抗生素的耐药性不断增加，导致严重的健康问题。光催化抗菌疗法(pcat)近年来已成为一种有效且有前途的抗菌策略，在对抗耐药性细菌方面有着巨大的潜力。

2、zif-8是一种金属有机骨架材料(mofs)，由于中心金属离子zn2+具有抗菌活性，zif-8也可用作抗菌剂。碳量子点(cqds)作为新型碳纳米材料，具有丰富的官能团并具备光动力产生活性氧的能力，使其在对抗耐药菌和新发病毒等方面具备得天独厚的优势。尽管mofs和cqds具有许多优点，但由于mofs的不稳定性和低光吸收，以及光生电荷的快速重组和cqds的简单聚集等限制，它们都不能单独作为完全的光催化剂发挥光催化杀菌作用(rezaei h,zinatizadeh a a,joshaghani m,et al.amino acid-based carbon quantumdot modified mil-53(fe):investigation of its visible-driven photocatalyticactivity provided by a highly efficient photoreactor[j].materials science insemiconductor processing,2023,154:107190)。

3、mofs和cqds一般都是单独制备，最后加以组装，将mofs和cqds结合产生光催化杀菌作用，需要两者有效结合。使用非离子表面活性剂，一方面可以调节晶体生长，生产出尺寸和形貌可控的zif-8纳米颗粒；另一方面，可以降低表面活性剂分子在zif-8表面的吸附，从而暴露出更多的活性表面位点(sun s,xiang y,xu h,et al.surfactant regulatedsynthesis of zif-8crystals as carbonic anhydrase-mimicking nanozyme[j].colloids and surfaces a:physicochemical and engineering aspects,2022,648:129103)。但常用非离子表面剂为合成产品，存在环境污染。cqds的制备方法有多种，其原料不同，产物结构也不同赋予了不同活性，但大多数cqds都有分散性差、易聚集的特点。

4、茶多酚(tp)是茶叶中多酚类物质的总称，具有抗氧化辐射、抗肿瘤、抑菌等多种作用，且成本低、易降解，是制备碳量子点的优良原料。将茶皂素作为非离子表面活性剂制备mofs，并负载茶多酚碳量子点，制备性能优异的光催化抗菌的纳米复合材料，此类研究未见报道。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种茶多酚碳量子点的纳米复合材料。

2、本发明的另一目的在于提供所述纳米复合材料的制备方法。

3、本发明的再一目的在于提供所述纳米复合材料作为光催化抗菌剂的应用。

4、本发明的目的通过以下技术方案实现：

5、一种茶多酚碳量子点纳米复合材料，是茶皂素参与构建zif-8金属框架结构，并负载茶多酚碳量子点的纳米复合物。其制备方法包括以下步骤：

6、(1)茶多酚碳量子点(tp-cqds)制备：茶多酚与水混合，在加压反应釜中反应。反应结束冷却至室温后，离心收集上层清液，经过水相滤膜过滤，保留滤液，即得茶多酚碳量子点(ts-cqds)分散液。

7、优选的，步骤(1)中茶多酚与水按质量体积比1：30-100(g/ml)，反应压力0.5-5mpa，反应温度160-220℃，反应时间6-12h。离心速度8000-10000r/min，离心时间5-10min，滤膜孔径0.15-0.45μm。

8、(2)茶皂素参与构建的金属有机框架(ts/zif-8)的制备：茶皂素与二水合醋酸锌混合，加入去离子水溶解得a溶液，取2-甲基咪唑用去离子水溶解，得b溶液。b溶液倒入a溶液后搅拌，将混合液在加压反应釜中反应。冷却至室温后，离心，沉淀经干燥，得到茶皂素参与构建的金属有机框架ts/zif-8。

9、优选的，步骤(2)中茶皂素与二水合醋酸锌的质量比为1：(10-15)，去离子水的加入量为二水合醋酸锌质量的50-100倍，2-甲基咪唑的加入量为二水合醋酸锌质量的10-15倍，其溶解用的去离子水的加入量为甲基咪唑质量的5-10倍，搅拌速度5-200转/min，搅拌时间5-10min。反应压力0.2-0.5mpa，反应温度120-150℃，反应时间12-24h。离心速度8000-10000r/min，离心时间5-10min，沉淀干燥温度50-80℃，干燥时间12-24h。

10、(3)茶多酚纳米复合材料(tp-cqds@ts/zif-8)的制备：将步骤(2)所得ts/zif-8产物分散在甲醇中，将步骤(1)所得tp-cqds分散液加入ts/zif-8悬浮液中，室温下搅拌反应，离心，沉淀干燥得到纳米复合材料tp-cqds@ts/zif-8。

11、优选的，步骤(3)中ts/zif-8产物与甲醇质量体积比为1：100-200(g/ml)，tp-cqds分散液为甲醇体积的1/3-1/5倍，搅拌速度50-200转/min，搅拌时间16-24h，离心速度8000-10000r/min，离心时间5-10min，沉淀干燥温度50-80℃，干燥时间24-48h。

12、上述方法制得的纳米复合材料，具有显著增强的可见光催化抗菌作用。

13、本发明的原理：茶皂素作为性能优异的非离子表面活性剂，可调控zif-8的尺寸与形貌，增大其比表面积与活性位点，得到井然有序多孔结构的zif-8为茶多酚碳量子点提供了大的表面积，有效地提升了茶多酚碳量子点的光电性能并防止其团聚。另一方面，茶多酚作为酚类物质，含有大量羟基、酚羟基、羧基等基团，制备得到的碳量子点会有更好的光催化活性和亲水性。此外，由于zif-8表面具有丰富的n-基团以及位于外表面的不饱和阳离子，可与茶多酚碳量子点之间的带隙匹配和紧密界面，它们的结合可以提高光生电荷分离的速率，成功地防止了e-/h对的重组，从而提高光催化效率。在可见光的照射下，该材料被光激发，产生活性氧(ros)或其他有毒物质对细菌细胞产生损伤，起到杀菌的作用。

14、本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

15、(1)本纳米复合材料所用表面活性剂与碳量子点来源均为可再生的生物质材料，安全环保，制备方法简单易行，适合工业化生产；

16、(2)在本发明中利用茶皂素优良的表面活性能调节晶体生长，生产出尺寸和形貌可控的zif-8纳米颗粒，同时可以降低表面活性剂分子在zif-8表面的吸附，从而暴露出更多的活性表面位点；

17、(3)相比于单纯的zif-8材料只能在紫外光下才具有杀菌效果，本发明制备的纳米复合材料中因为茶多酚碳量子点和茶皂素zif-8金属框架结构的协同作用使其能够在可见下即具有杀菌作用，具有更好的光催化抗菌性。